機械臂視覺伺服控制方法研究.pdf

1、通過在機械臂系統(tǒng)中引入視覺伺服控制，即使用視覺信息對機械臂運動進行控制可有效提高機械臂的靈活性與準(zhǔn)確性。本文使用六自由度示教型機械臂構(gòu)建基于位置的視覺伺服控制系統(tǒng)，以捕獲運動中的圓形目標(biāo)。
　　首先，對所用的六自由度機械臂進行了運動學(xué)分析，使用D-H參數(shù)法對其建模，推導(dǎo)出了相應(yīng)的運動學(xué)方程，并在運動學(xué)方程的基礎(chǔ)上求得了逆運動學(xué)方程的封閉解。在完成機械臂正逆運動學(xué)方程的求解之后，使用比例控制法表明了基于位置的視覺伺服系統(tǒng)其定位精度與

2、運動學(xué)參數(shù)的誤差無關(guān)，可有效提高機械臂的定位精度。
　　其次，對攝像機成像模型進行了介紹，基于張正友標(biāo)定法對系統(tǒng)所用攝像機進行了內(nèi)參數(shù)標(biāo)定。在完成攝像機的內(nèi)參數(shù)標(biāo)定后，對眼在手上的手眼系統(tǒng)標(biāo)定方法進行了分析，通過控制機械臂末端執(zhí)行器處于不同位姿下對空間中的固定標(biāo)定板進行觀測，求得了攝像機坐標(biāo)系在機械臂末端執(zhí)行器坐標(biāo)系下的位姿，即完成了機械臂的手眼標(biāo)定。
　　而后，為了從圖像中獲取圓形目標(biāo)投影形成的橢圓，本文分析了數(shù)字圖像處理

3、的相關(guān)內(nèi)容，對圖像平滑濾波、梯度計算等方法進行了實驗比較，使用最小二乘法擬合得到了目標(biāo)成像的橢圓。在得到了圓形目標(biāo)在像平面上的橢圓方程之后，介紹了從橢圓方程求得攝像機坐標(biāo)系下圓形目標(biāo)位姿的方法。在此基礎(chǔ)上，提出了基于二次成像解決單圓位姿求解二義性問題的方法，并對此進行了實驗驗證。
　　最后，本文對機械臂的軌跡規(guī)劃問題進行了分析，給出了視覺伺服控制系統(tǒng)的伺服控制過程，構(gòu)建了基于位置的機械臂視覺伺服控制系統(tǒng)，并對所建系統(tǒng)進行了實驗驗證