并联机器人双目主动视觉监测平台标定及运动控制研究

论文摘要

机器视觉是用机器代替人眼来做测量和判断,它是通过视觉传感技术、图像理解技术、模式识别技术以及计算机控制技术来实现系统智能化、自动化、信息化的先进技术。为了提高并联机器人工作的主动认知能力,将视觉技术和并联机器人技术相结合,建立了一种基于圆形导轨的并联机器人双目主动视觉监测平台。它对提高并联机器人运动准确性,推动并联机器人实用化,具有重要的理论意义和技术价值。本文在已研制完成的并联机器人双目主动视觉监测平台的实验样机下,对其标定体系及运动控制进行研究。首先,介绍了双摄像机可以沿圆形轨道灵活运动的新型并联机器人双目主动视觉监测平台,并对以后平台研究将涉及的摄像机视觉模型、标定方法等相关理论进行了描述。其次,针对并联机器人双目主动视觉监测平台样机,利用矩阵变换方法建立其运动学模型,并给出其位置正反解、控制脉冲当量和结构参数的求解方法。然后,针对并联机器人双目主动视觉监测平台的摄像机需要实时动态标定的问题,结合机构自身特点,设计了一种在圆轨内侧安装均匀分布六组立体标靶块的标定体系。最后,在运动学模型和标定体系的基础上,结合视觉监测平台的运动控制模型约束、运动目标的当前位姿约束以及最佳观测模式约束。以双目正视模式下的视觉跟踪的连续性和最小代价为目标,建立双目正视模式下的视觉跟踪模型。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 并联机器人国内外研究现状
• 1.2.2 视觉监测平台国内外研究现状
• 1.3 本文研究的内容
• 1.4 研究意义
• 1.5 本文组织结构
• 第2章 视觉监测平台介绍及视觉基础知识
• 2.1 视觉监测平台介绍
• 2.2 摄像机数学模型
• 2.2.1 摄像机视觉模型
• 2.2.2 摄像机标定技术
• 2.3 本章小结
• 第3章 视觉监测平台运动学模型构建及相关参数求解
• 3.1 视觉监测平台运动学模型的构建
• 3.1.1 视觉监测平台坐标系定义
• 3.1.2 视觉监测平台运动学模型的变换矩阵
• 3.1.3 视觉监测平台运动学模型的位置正解
• 3.1.4 视觉监测平台运动学模型的位置反解
• 3.2 视觉监测平台相关参数的测定
• 3.2.1 视觉监测平台控制脉冲当量的测定
• 3.2.2 视觉监测平台结构参数的测定
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 摄像机内参数、畸变参数的测定
• 3.3.2 控制脉冲当量和结构参数的测定
• 3.4 本章小结
• 第4章 视觉监测平台的标定体系设计
• 4.1 立体标靶块设计
• 4.1.1 摄像机视域测量
• 4.1.2 摄像机水平视域夹角
• 4.1.3 两摄像机的公共视域
• 4.1.4 立体标靶块的布局设计
• 4.1.5 梯形靶面的标志点设计
• 4.2 实验结果
• 4.2.1 立体标靶块非编码标志点世界坐标的测定
• 4.2.2 摄像机外参数的动态标定
• 4.3 本章小结
• 第5章 视觉监测平台的运动控制及跟踪
• 5.1 视觉监测平台的运动控制系统
• 5.2 视觉跟踪与双目正视模式
• 5.3 双目正视模式下的视觉跟踪模型
• 5.4 实验结果
• 5.4.1 目标物体空间坐标的测定
• 5.4.2 双目正视模式的初始化
• 5.4.3 双目正视模式下的视觉跟踪
• 5.4.4 视觉跟踪的运动控制策略
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介