基于雙PSD的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)軌跡跟蹤測量系統(tǒng)研究.pdf

1、目前，對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)軌跡跟蹤測量的需求日益迫切。非接觸測量方法，被測目標(biāo)與測量器件之間不存在線路連接，測量前不需要預(yù)先規(guī)劃動(dòng)作過程，不增加被測量設(shè)備的承載負(fù)擔(dān)，測量效率高，是目前較適合的運(yùn)動(dòng)軌跡測量方法。非接觸式視覺測量方法中主要應(yīng)用的是CCD探測器或PSD傳感器。PSD依靠輸出的電流或電壓來計(jì)算目標(biāo)光斑的位置，可以達(dá)到幾萬Hz的傳輸速度而不影響數(shù)據(jù)的精度，同時(shí)，PSD體積較小，適合狹小空間運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤測量。因此，基于PSD的運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤測

2、量技術(shù)是一種很有潛力的運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤測量方法。
　　目前基于PSD的運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤測量研究剛剛起步。無論是根據(jù)被測目標(biāo)實(shí)現(xiàn)空間測量視場的調(diào)節(jié)，還是標(biāo)定算法和誤差分析，均處于探索階段。本文研發(fā)了一套基于雙PSD的三維空間運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤測量系統(tǒng)。首先分析了理想情況下物體在世界坐標(biāo)系下空間點(diǎn)的三維坐標(biāo)值與單一PSD的二維坐標(biāo)值之間的映射關(guān)系，定義了系統(tǒng)內(nèi)參數(shù)矩陣及外參數(shù)矩陣。其次，通過分析鏡頭畸變對(duì)PSD坐標(biāo)系下像點(diǎn)的成像誤差影響規(guī)律，得到鏡

3、頭畸變形成的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)及優(yōu)化對(duì)畸變進(jìn)行修正。最后根據(jù)三維重構(gòu)原理，建立了空間點(diǎn)在世界坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)值與左右PSD所采集到的二維平面坐標(biāo)值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在理論分析的基礎(chǔ)上，從硬件及軟件兩個(gè)方面對(duì)基于雙PSD的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)軌跡跟蹤測量系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成了無線控制的紅外LED光源設(shè)計(jì)，搭建了多自由度可調(diào)的雙PSD支架，可以根據(jù)不同的場地狀況、測量目標(biāo)及工業(yè)鏡頭的焦距靈活地調(diào)整雙PSD的軌跡跟蹤測量視場，實(shí)現(xiàn)了基于LabVIE

4、W的光源控制功能和信號(hào)采集功能程序設(shè)計(jì)。系統(tǒng)搭建完成后，采用兩步法對(duì)基于雙PSD的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)軌跡跟蹤測量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定研究。通過三坐標(biāo)測量機(jī)測得的三維坐標(biāo)值與基于雙PSD的測量系統(tǒng)重構(gòu)出的三維坐標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比，得到系統(tǒng)測量精度。此外，論文還對(duì)基于雙PSD的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)軌跡跟蹤測量系統(tǒng)的誤差進(jìn)行了分析。最后，將基于雙PSD的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)軌跡跟蹤測量系統(tǒng)應(yīng)用于刀庫機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤測量。
　　本文的研究成果可為工業(yè)機(jī)器人和加工中心用精密機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)