基于双目视觉的并联机构末端位姿检测研究

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1、分类号TP242.6+2密级公开UDC621.3编号10299Z1307070专业学位硕士学位论文基于双目视觉的并联机构末端位姿检测研究PoseDetectionforaParallelMechanismBasedonBinocularVision指导教师高国琴教授作者姓名张姝申请学位级别工程硕士学科(专业)控制工程论文提交日期2016年5月论文答辩日期2016年6月学位授予单位和日期江苏大学2016年6月答辩委员会主席评阅人__________独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用

2、的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《

3、中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊（光盘版）电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布（包括刊登）授权江苏大学研究生院办理。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日江苏大学硕士学位论文摘要并联机构及其并联机器人具有刚性大、承载能力强、结构稳定、精度高、运动惯量小等优点，被学术界广泛关注。以3自由度为代表的少自由度并联机构具有结构简单、灵巧度好、工作空间大、容易控制、造价低等优点成为机器人研究的新热点。在并联机构控制中，末端位姿是反映机构运动状态的重要参数，精确

4、测得机构的末端位姿可有效避免通过运动学模型解算所带来的误差，这将利于实现并联机构的高性能控制。在并联机构末端位姿检测的研究中，由于检测设备昂贵、检测方法复杂以及检测范围有限等原因，末端位姿检测仍是难点。相对于其它检测手段，机器视觉具有非接触、适用性强、高性价比等优点，尤其适用于具有运动多自由度、运动轨迹复杂、难以直接检测的并联机构末端位姿检测。对于并联机构的末端位姿检测问题，采用基于机器视觉检测方法的难点在于如何将视觉系统采集到的并联机构图像经过图像处理后快速而精确地获取该机构的末端位姿信息。由于机器视觉算法复杂，光照变化、背景反光、噪声干扰等外界因素会

5、引起视觉系统的图像匹配难以精确实现，导致视觉检测系统的速度和精度受到影响。本文针对基于机器视觉的并联机构末端位姿检测问题，以一种新型3-DOF并联机构为研究对象，采用双目视觉对该机构末端位姿进行检测研究，并着重研究双目检测的立体匹配问题，研究通过改进和优化双目视觉立体匹配算法，在提高匹配算法实时性的同时，提高匹配的正确率，进而使得位姿检测的实时性和精度都得以提高。本文主要研究内容如下：(1)在如何保证新型3-DOF并联机构位姿检测匹配算法实时性方面展开研究。解决匹配过程实时性差的问题，关键在于降低匹配算法的复杂度。作为匹配算法的代表，SIFT算法不仅可以

6、处理图像之间发生平移、旋转、尺度变换、光照变换下的匹配问题，而且能在一定程度上对视角变化、仿射变化保持较为稳定的特征匹配能力。然而传统SIFT算法复杂度高，匹配过程耗时过长。针对这一问题，考虑新型3-DOF并联机构图像是刚性图像且存在多个角点，本文采用Harris-SIFT算法实现立体匹配，通过算法简单的Harris算子提取图像特征点，再利用SIFT特征描述子对图像进行匹配，使得匹配结果兼具实时性和稳定性；(2)在如何提高新型3-DOF并联机构位姿检测匹配算法精度方面展开研究。在立体匹配过程中，由于错误测量、错误计算或错误假设等原因，会导致匹配结果出现错

7、误匹配和误差匹配的问题。针对这一问题，本文通过分格取点和提前取点验算临时模型的方法提出I基于双目视觉的并联机构末端位姿检测研究一种改进的RANSAC算法，以剔除Harris-SIFT算法存在的误匹配点，在保证匹配算法实时性的同时，提高匹配的正确率，从而提高机构末端三维位姿检测的精度。(3)在新型3-DOF并联机构末端位姿求解方法上展开研究。首先，采用线性针孔模型作为本课题的视觉模型，并根据zhang平面标定法实现针孔模型的标定，完成视觉模型摄像机参数的求解；然后，将采集到的并联机构图像进行去噪、特征点提取、基于Harris-SIFT算法的立体匹配，以及匹

8、配提纯等图像处理；最后，根据新型3-DOF并联机构运动特点，建立机构平台的定坐标