基于视觉伺服机器人自主作业研究.pdf

——篮擅培养单位——中国科学院研究生院博士学位论文基王视堂徊日隆的扭置厶自圭佳些丛窒——一盟究旦生旦登堂瞳自动丝婴窥压学科专业名称撞剑理途量控剑王猩生国型生院自麴丝堡塑逝生国型堂瞳盟究生瞳堑竖屋指导教师翌基副班窒旦申请学位级别擅±,.
摘要嵌入式机器视觉系统一一智能图像传感器,通过硬件电路提高算法机器人视觉是机器人领域的一个重要研究方向。本文结合国家“奔苹魅思际踔魈庀钅俊癕⒆芭浠魅恕焙汀耙巳嘶双臂操作型服务机器人”,针对基于视觉伺服的机器人自主作业中视觉测量、定位等问题开展研究工作。论文在综述了微装配机器人、服务机器人以及机器人视觉控制的基础上,给出了本文的研究背景和主要研究内容。为实现微装配机器人的自动调焦跟踪,本文提出了基于小波包变换的图像清晰度判定,建立了基于小波包分解信号能量的图像特征向量,设计了线性图像清晰度分类器,采用准则确定分类器的权向量和分界点闽值。为实现微型行星齿轮减速器装配的需要,本文建立基于梯度能量的清晰度快速、高效评判函数,恢复齿轮图像深度信息:制定了基于图像深度信息的简单有效的微齿轮夹持装配策略;采用基于模型和狟模型的图像颜色分割法,从复杂背景的微齿轮显微图像中分割出微齿轮轮廓图像,并提取齿轮外轮廓特征点。针对宜人机器人操作阀门问题,本文设计了基于猼狧疎——宜人机器人视觉控制系统,将整个操作过程分成三个阶段:导航、精确测量和视觉伺服抓取。每个阶段采用不同的策略,通过双目立体视觉测量目标阀门的位置,完成机器人的视觉导航;在精确测量阶段,提出了基于矩阵约束的视觉定位和测量算法,利用目标的已知约束条件,计算目标相对于摄像机的位置、姿态,该算法充分利用已知甑脑际畔ⅲ岣吡瞬饬康木度。在视觉伺服抓取阶段,提出了基于图像特征点的视觉伺服控制,修正末端姿态、位置的误差,该算法无需估计图像矩阵和对摄像机标定,简化了系统的设计,提高了系统的实时性。针对实际应用需要,本文提出并设计了基于虳的双的运行速度、实时性和实用性,该系统能够灵活、简便地集成到复杂的解决方案中。最后,本文对所取得研究成果进行了总结,并指出需要继续开展的工作。关键词:视觉伺服,自主作业,图像清晰度,智能图像传感器
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虢皤一奄燧名一立尊厶日日期:。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确地说明并表示了谢意。签名本人完全了解中国科学院自动化研究所有关保留、使用学位论文的规定,即:中国科学院自动化研究所有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。C艿穆畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑期
第一章绪论微操作机器人的现状和发展着关键作用。因此,研究机器人的视觉测量、控制和基于视觉技术定位精度在亚微米至纳米级的范围内⋯。如生物细胞帅.⒉僮骰魅说姆⒄瓜肿随着现代科学技术的飞速发展,机器人技术也取得了长足的进步,使得机器人的能力也不断提高,其应用领域和范围也随之扩展。如随着纳米技术男似穑鱿至薓⒉僮骰人,使人类能在微观尺度下对微小物体进行加工、装配、测试等微操作工作;如新兴起的拟人化、宜人化的服务机器人具有灵活的操作能力,可以与人合作进行协调作业,广泛应用于工厂的维修作业、人类的健康护理、办公室的导引保安服务、高空等危险环境下的维修作业等。无论是在微操作机器人还是拟人化、宜人化的服务机器人,视觉都是必不可少的传感信息。视觉测量、控制对于微操作机器人和宜人机器人中目标的识别、定位、精确运动以及自主作业起的机器人自主作业具有重要的意义。微操作机器人是指机器人的运动位移在几微米和几百微米的范围内,其分辨率、定位精度和重复染色体的操作、微机电系统零部件淖芭洹通讯领域中的光纤肛对接、微电子集成电路制造、显微外科手术等”微操作的研究开始于世纪年代,当时为了研究细胞,出现了一些气动、液压、机械式的微操作器,如兄频幕式操作器,的气动式微操作器,的液压式微操作器。这些操作器基本上是手动方式,通过将操作手柄上的人手运动按比例缩小,在末端工具上实现直接的精微运动”
世纪年代末年代初。各国掀起了对微操作研究的热潮,日本、美国、欧洲、韩国等都投入大量的人力物力对微观世界的物理法和微操作系统的机构、控制、驱动进行了大量的研究。现在研究的重点主要集中在微操作的机构、驱动和显微视觉控制上。图卜⒓衅图压电液压双驱动微