基于圖像的機(jī)械臂手眼協(xié)調(diào)系統(tǒng)研究.pdf

1、自從誕生以來，機(jī)器人就一直處于從簡單到復(fù)雜，從單一到多樣，從低級到高級的不斷發(fā)展過程中，特別是隨著電子器件技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)的處理能力與傳感器技術(shù)有了很大的提高，人們不再滿足于機(jī)器人僅能在特定的工作環(huán)境中按照既定程序進(jìn)行重復(fù)操作，紛紛為其添加各種外部傳感器，使其具有更廣的適用范圍及更高的性能，其中機(jī)器人視覺的引入是機(jī)器人技術(shù)的一個飛躍性發(fā)展，其能夠?yàn)闄C(jī)器人提供豐富而廣泛的信息，并能夠?qū)Νh(huán)境進(jìn)行非接觸式測量。在機(jī)器視覺的的眾多研究方向之中

2、，研究機(jī)器人的視覺傳感器與執(zhí)行器之間的協(xié)調(diào)控制策略具有廣泛的應(yīng)用前景，并已經(jīng)成為一個研究熱點(diǎn)。
　　實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有RM-501機(jī)械臂一臺，但是除機(jī)體其余設(shè)備已損壞，本課題的主要目的是為其設(shè)計驅(qū)動控制系統(tǒng)，同時加入視覺檢測系統(tǒng)，使其具備手眼協(xié)調(diào)功能，最終使其成為一個開放性的教學(xué)演示平臺。
　　論文首先對機(jī)器人及其手眼協(xié)調(diào)的背景及發(fā)展歷程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，通過對機(jī)械臂手眼協(xié)調(diào)的特點(diǎn)、適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，并結(jié)合本課題的特點(diǎn)及要求

3、，本文選用了單目、眼在手上的物理結(jié)構(gòu)及基于圖像的視覺控制方式。然后對機(jī)械臂手眼協(xié)調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了總體介紹，其主要分為關(guān)節(jié)驅(qū)動控制系統(tǒng)、視覺檢測系統(tǒng)和視覺控制器，之后對它們進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計。其中，關(guān)節(jié)驅(qū)動控制系統(tǒng)中使用了 PWM的調(diào)速方式對各關(guān)節(jié)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，采用了外環(huán)位置環(huán)與內(nèi)環(huán)速率換的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)；視覺檢測系統(tǒng)主要是采用了基于背景差分的方法實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物體的檢測，為了驗(yàn)證算法首先在MATLAB環(huán)境下對其進(jìn)行了仿真，之后將其移植到 ADSP

4、Blackfin533平臺上，并使用D/A將圖像特征矢量輸出給主控計算機(jī)；視覺控制器的設(shè)計是基于圖像雅克比矩陣模型，其主要是建立起圖像特征矢量變化與機(jī)械臂空間運(yùn)動之間的關(guān)系。最后進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，其中控制器主要是在主控計算機(jī)的在Simulink/RTW環(huán)境下搭建的，其它個子系統(tǒng)通過 PCI1711板卡與主控計算機(jī)的控制器進(jìn)行實(shí)時通信，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的手眼協(xié)調(diào)功能。
　　目前已完成了對機(jī)械臂手眼協(xié)調(diào)的各子系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試，并進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)