基于视觉的室内机器人移动操作控制方法研究

论文摘要

基于视觉的移动操作是机器人应用领域的研究热点问题之一。以机器人航站楼服务为背景,机器人实现自主乘梯控制为目标,研究其中涉及的楼层选择操作控制和进出轿厢路径规划与运动控制问题。首先,研究了基于单目视觉的楼层选择操作控制算法。机器人进入轿厢之前和进入轿厢之后都需要进行楼层选择操作,因此需要解决基于单目视觉反馈的底盘与手臂协调控制问题以保证机械手有效触及楼层按键。楼层选择控制算法设计了基于模糊方法的机器人近梯路径规划、根据目标图像坐标采用离线策略设计机械臂的运动轨迹以及机械臂在图像雅可比矩阵的实时逼近中实现对目标的精确控制。其次,研究了基于激光测距的自适应阀值实时路径规划算法,解决机器人进出轿厢狭小空间路径规划与控制问题。电梯轿厢空间狭小,机器人回转受强约束,进出轿厢运动的时机需要准确掌握,否则会延误时机或出现碰撞夹持问题。基于激光测距自适应阀值路径规划算法根据当前环境信息实时寻找可行方向和速度。针对机器人乘梯过程中可能出现的故障进行分析并提出解决方案。最后,设计了室内环境机器人乘梯的协调控制算法程序,机器人在模拟环境中进行实验,实验结果证明了算法的有效性。基于单目视觉的机器人乘梯提供了对给定任务的机器人自主运行的一种方法,并为后续研究打下了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 机器人移动操作的国内外研究现状
• 1.3 基于视觉的移动操作协调控制问题
• 1.3.1 非完整移动机器人
• 1.3.2 移动平台和机械臂的协调控制
• 1.3.3 机器人手眼协调
• 1.4 课题研究内容
• 第二章 基于视觉的机器人移动操作基础理论
• 2.1 引言
• 2.2 移动机器人运动学分析
• 2.2.1 关节机器人运动学分析
• 2.2.2 移动平台运动学分析
• 2.2.3 移动机械臂运动学分析
• 2.3 手眼协调
• 2.3.1 摄像机标定
• 2.3.2 无标定的摄像机特性逼近
• 2.3.3 手眼关系分析
• 2.4 机器人移动操作任务描述
• 2.4.1 基于视觉的目标定位
• 2.4.2 基于视觉的目标跟踪
• 2.5 机器人模糊路径规划
• 2.5.1 模糊控制系统的组成
• 2.5.2 模糊控制器的设计
• 2.6 本章小结
• 第三章 机器人进出轿厢控制算法
• 3.1 机器人定位
• 3.2 电梯门状态检测
• 3.3 进出电梯轿厢路径跟踪控制
• 3.3.1 可行方向识别
• 3.3.2 机器人运动的角速度和线速度控制
• 3.4 进出电梯轿厢实验及结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 机器人乘梯过程控制
• 4.1 机器人乘梯过程概述
• 4.2 基于模糊方法的机器人近梯路径规划
• 4.3 本体和手臂协调控制的乘梯选择操作
• 4.3.1 基于单目视觉的机器人定位并对目标趋近操作
• 4.3.2 机械臂离线轨迹规划策略
• 4.3.3 基于图像雅可比矩阵的动态逼近
• 4.4 机器人乘梯时的协调控制
• 4.5 机器人乘梯过程中意外情况处理
• 4.6 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文