六自由度机器人运动规划及视觉定位技术的研究

论文摘要

近二十年来,机器人技术发展非常迅速,各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。我国在机器人的研究和应用方面与工业化国家相比还有一定的差距,因此研究和设计各种用途的机器人是有现实意义的。本文的工作是围绕一个六自由度机器人运动规划及视觉定位技术的研究进行的。论文首先根据教学机器人的任务要求,确定机器人的结构及各项基本技术指标;在此基础上,对机器人控制系统所需要的运动控制器、伺服驱动器、通讯方式和控制系统辅助功能等硬件进行设计,介绍了上位机控制软件。机器人运动学建模阶段:得到六自由度机器人运动学正、反解,本文中的模型是基于D-H方法的,然而在解的过程中仅需一次矩阵逆乘,避免了大量的矩阵逆乘算法,求解过程更简单。在机器人反解过程中,存在多解情况下,提出了根据“最短行程“这个准则来选取一组确定的解。介绍了机器人用户坐标系、圆柱坐标系,编写了程序验证了正解、反解的正确性。机器人轨迹规划阶段:给出了直线插补与圆弧插补的算法,并在机器人末端安装一支笔,记录机器人直线插补、圆弧插补的轨迹,验证了算法的正确性。机器人视觉定位系统阶段:对摄像机进行了标定,用单目视觉与立体视觉分别对物体进行定位。编写了视觉定位控制软件,对物体进行识别定位,然后控制机器人抓取物体。最后介绍了写字机器人,给出了字的笔画和笔画点的获取方法,给出了机器人工作坐标系示教方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2 工业机器人的现状与发展趋势
• 1.2.1 国外工业机器人的现状
• 1.2.2 国内工业机器人的现状与发展趋势
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 六自由度机器人控制系统设计
• 2.1 引言
• 2.2 六自由度机器人的结构
• 2.2.1 机器人的结构
• 2.2.2 机器人技术参数
• 2.3 机器人控制系统硬件设计
• 2.3.1 控制系统的硬件系统结构
• 2.3.2 Galil 运动控制器
• 2.3.3 伺服控制系统组成
• 2.3.4 控制系统通讯功能的实现
• 2.3.5 控制系统辅助功能的实现
• 2.4 控制系统的软件实现
• 2.5 本章小结
• 第3章 六自由度机器人运动学建模
• 3.1 引言
• 3.2 数学模型建立
• 3.3 运动学正解
• 3.4 运动学反解
• 3.4.1 运动学逆解的一般性问题
• 3.4.2 逆运动学方程的推导和求解
• 3.5 运动学反解不唯一性
• 3.6 机器人用户坐标系
• 3.6.1 用户坐标系的定义
• 3.6.2 用户坐标系与机器人坐标系之间的变化关系
• 3.7 运动学模型验证
• 3.8 本章小结
• 第4章 机器人插补算法
• 4.1 引言
• 4.2 直线插补算法
• 4.3 圆弧插补算法
• 4.3.1 由空间任意三点求圆弧的圆心和半径
• 4.3.2 插补算法
• 4.3.3 终点判别
• 4.4 笛卡儿空间插补算法的补充说明
• 4.5 实验
• 4.5.1 直线插补实验
• 4.5.2 圆弧插补实验
• 4.6 本章小结
• 第5章 机器人视觉定位技术的研究
• 5.1 引言
• 5.2 摄像机标定
• 5.2.1 标定原理
• 5.2.2 镜头畸变的校正
• 5.3 相机安装位置标定
• 5.4 物体定位
• 5.4.1 定位基础知识
• 5.4.2 单目定位
• 5.4.3 立体视觉定位
• 5.5 工件质心
• 5.6 工件偏转角
• 5.6.1 偏转角定义
• 5.6.2 哈夫（Hough）变换检测工件最长边
• 5.6.3 工件最长边及偏转角获取
• 5.7 实验
• 5.7.1 工件最长边及偏转角获取实验
• 5.7.2 单目定位实验
• 5.7.3 双目定位实验
• 5.8 误差的来源分析与改进措施
• 5.9 本章小结
• 第6章 应用于教学的机器人写字技术的研究
• 6.1 引言
• 6.2 字符信息获取
• 6.2.1 字符信息提取
• 6.2.2 字符信息存储
• 6.3 机器人工作坐标系示教
• 6.4 实验
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢