基于虛擬肌肉的機(jī)器人視覺伺服控制研究.pdf

1、視覺伺服具有自動化、客觀、非接觸和高精度等特點(diǎn)，但無論是基于圖像還是基于位置的視覺伺服控制方法，都要處理較大的數(shù)據(jù)量，而且算法復(fù)雜，因此尋找有效的算法是當(dāng)前機(jī)器人視覺伺服研究的主要方向。本文根據(jù)一種新型的視覺伺服方法——虛擬肌肉，試圖探討建立一種新的基于視覺信號的機(jī)器人軌跡生成和控制的方法。論文包括以下主要工作：
　　首先，為研究推理該算法、驗(yàn)證其有效性，并為后續(xù)工作打下良好基礎(chǔ)，開發(fā)軟硬件平臺。在硬件平臺中，模仿人類雙眼和手臂之

2、間的相互位置關(guān)系，設(shè)計(jì)攝像機(jī)滑動導(dǎo)軌；將圖像采集和機(jī)器人控制程序設(shè)計(jì)在VC開發(fā)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)的軟件仿真算法驗(yàn)證平臺中，通過運(yùn)動學(xué)模型、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等計(jì)算出目標(biāo)物體、機(jī)器人本體的視覺投影，在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)目標(biāo)對象在笛卡兒空間中的位姿，模擬現(xiàn)場工作環(huán)境。軟件平臺目的是為提高工作效率、減少硬件損耗，為檢驗(yàn)虛擬肌肉算法的準(zhǔn)確性和適用性作準(zhǔn)備。
　　然后，根據(jù)目標(biāo)環(huán)境要求和攝像機(jī)采集圖像格式，開發(fā)了圖像處理算法程序。圖像處理算法包括底層算法和

3、中層算法兩部分，底層算法針對通用情況，包括閾值分割、區(qū)域合并和信息生成。中層算法針對具體任務(wù)設(shè)計(jì)，包括利用Hough變換檢測棱線的方向，從而確定圓孔的方位角和利用基于圖像運(yùn)動檢測鉆頭尖端位置。
　　最后，著重研究基于虛擬肌肉的新型機(jī)器人視覺伺服算法，并把關(guān)節(jié)調(diào)整量在實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。依次分析了虛擬肌肉的特點(diǎn)和原理，并在此基礎(chǔ)上建立和關(guān)節(jié)角映射的數(shù)學(xué)關(guān)系模型；采用模糊控制算法推理虛擬肌肉、關(guān)節(jié)角的輸出，提出用左右圖像中的相對位