基于双目视觉的服务机器人仿人机械臂控制

机械臂逆运动学、目标识别与定位是服务机器人手臂控制中的关键技术.为了更好地与复杂多变的非结构化环境进行交互,提出一种应用于服务机器人平台的基于双目视觉的仿人机械臂控制方法.给出一种针对6自由度手臂的逆解算法,并采用基于双目视觉与颜色分割的目标识别方法.然后,根据识别出的目标三维坐标信息控制机械臂完成特定任务.本方法在家庭服务机器人上得到了验证.     

空间机器人双目视觉测量系统结构设计

为确保空间机器人稳定工作,提出了一种空间机器人双目视觉测量系统结构设计方法。采用D-H参数法对空间机器人机械臂建模仿真获取空间机器人基座固定工作空间;以此为测量范围约束,设计空间机器人双目视觉测量系统结构。仿真实验证明了该设计方法的可行性、有效性。     

基于单目视觉的装配机器人研究及应用

针对传统工业机器人灵活性和环境适应能力差的缺点,对视觉机器人的关键技术进行了研究,提出了一套完整的识别定位抓取算法。首先,对于视觉机器人的目标识别跟踪问题,设计并实现了基于改进型Camshift的动态目标识别跟踪算法;其次,为了使机械臂精确抓取目标工件,采用单目视觉测距和视觉导航的原理对于目标工件的三维位置进行获取;最后,采用改进D-H参数法对机械臂进行运动建模,利用正逆运动学分析确定了机械臂控制方案。测试结果表明,识别算法识别成功率达到100%,定位算法测量坐标与实际坐标之间的相对误差小于5%,整体装配成功率达到96.7%,最终达到了基于单目视觉装配机器人研究的应用目标。     

面向核聚变舱探测的遥操纵蛇形机器人系统

为了监测核聚变试验装置的日常运转状况,代替人类进入舱内完成探测作业任务,设计一种具有蛇形多关节结构的遥操纵机器人系统.该系统由前端的双重观测机构、中部的多个悬空机械臂和后端的直线轨道推进装置组成.通过对系统各部分的结构设计及功能分析,确立了组合式悬空机械臂各关节的主要参数指标.对机器人系统的探测工作空间以及机械臂的运动和力学特性进行了仿真分析,实际构建了机器人原理样机以及核聚变舱的模拟几何环境.对原理样机的基本运动及观测性能进行了实验测试,测试结果验证了所设计的机器人系统的可用性和有效性.     

移动机械臂整体控制研究

针对以固定的基坐标系机器人抓取不便,设计了一套移动机械臂整体,将一种以STM32为主控单元的六自由度机械臂,安装在配备有Kinect传感器的TurtleBot2移动机器人之上。通过TurtleBot2移动机器人及Kinect传感器实现的路径规划、环境地图构建和避障等功能,来控制六自由度机械臂的运动,配合机械臂的手动抓取和自动抓取,进行移动机器人与机械臂的协同运动控制。     

基于双目视觉的物料三维空间定位算法

针对移动机械臂抓取物料过程中的三维空间定位问题,提出一种适用于双目视觉的物料定位算法。首先基于双目视觉成像原理,构建手眼矩阵,完成双目相机坐标系到机器人坐标系的转换;其次将注意力机制嵌入到主干网络的CSP结构中,采用一种YOLOv5s+CBAM改进网络结构,在自制的物料数据集上mAP达到99.1%,FPS为71,可实现物料抓取点位置的准确检测;最后针对抓取点立体匹配错误导致深度信息获取错误的问题,提出一种基于灰度值测距的SGBM改进算法获取深度信息。经实验检测,平均测距误差5.16mm,结合目标检测,可实现物料抓取点三维坐标的定位。     

基于双目立体视觉的排爆机器人自动目标抓取

目前各种多关节、多自由度的排爆机器人在实战中都存在操作复杂、速度慢的问题.为此,基于双目立体视觉设计并实现了一个排爆机器人的目标物自动抓取系统.该系统能根据目标物在两摄像机获取的图像坐标计算其三维坐标,从而对机械臂进行轨迹规划和控制,完成目标物自动抓取.首先,建立了一个完整的双目立体视觉系统数学模型,然后,用张氏平面法标定两摄像机的内参数,再采用最小二乘法进行立体标定,得到双目立体视觉系统的外参数,从而根据目标物在左右摄像机成像得到的图像坐标计算其三维坐标.实验表明该系统能在满足作业精度要求的前提下,大大提高排爆作业的易操作性.     

基于Android移动终端控制的采摘机械臂系统设计

为了进一步提高采摘机械臂果蔬采摘过程的稳定性和准确度,在深入研究六自由度采摘机械臂的建模、控制方式的基础上,用Android移动终端作为远程控制器,通过控制App的界面设计与控制程序设计,实现了基于移动终端的采摘机械臂的远程网络控制。控制方式包括触屏控制、语音控制和重力感应控制3种。另外,通过第三方软件的引入,借助于机械臂上固定的图像采集系统,实现了移动通信网络内将采摘的现场视频实时传递到PC终端,便于对采摘过程进行直观地观察,并进行有效地辅助控制。同时,也可将视频资料录制保存,便于离线分析。通过对系统各功能模块测试,与传统采摘机械臂相比,大大提高了系统的有效性、灵活性和开放性,同时也使其采摘效率得到明显提升。     

农业采摘机器人自动化监测与规划研究

农业采摘机器人的升级有利于解放劳动力,在构建农业采摘机器人系统的基础上,引入算法进行基于立体视觉的农业采摘机器人自动化监测系统设计,在此基础上进行机器人路径规划的研究.实验结果显示目标点的标定误差都在[-10,8]的范围内,测距结果显示测量误差在[-10,30]mm的范围之内,路径规划实验结果显示角位移和速度曲线的走势都是平滑的,没有停顿和振动现象.以上结果说明研究所设计的自动化监测农业采摘机器人系统表现良好,能够满足农作物自动化采摘的需求,能够实现自动化监测,成功规避了视觉延时带来的问题,并且可以保证运行过程中的平稳性.     

基于单片机的多功能机器人设计

本文采用MSP430F149单片机为主控,对整体的系统硬、软件框架,系统性能需求分析及设计原理进行了介绍.硬件方面讨论WIFI路由模块、四自由度机械臂、减速直流电机的控制方法,研究WIFI无线通信、车载传感器的原理与应用;软件方面主要包括对WIFI路由器、机器人主控MCU、上位机控制端的编程.经测试,本系统的实时性、可控性强,且满足多领域内对移动控制的需求.     

轮式水下焊接机器人及其运动学分析

针对深水环境中大型构件的自动化焊接问题,设计了一种全位置水下焊接机器人.该机器人采用磁轮式移动平台与4轴旋转机械臂相结合的机构形式,平台通过磁轮吸附在构件表面,以实现大范围的移动,4轴旋转机械臂的姿态变换可实现全位置焊接.为完成预定轨迹的焊接操作,对移动平台与旋转机械臂进行运动学建模,得到平台与各关节的运动学参数.利用机械系统动力学建模对上述运动学参数进行仿真和实验操作,验证了轨迹精度满足要求.     

一种仿生机械臂空间位置反馈方法的研究

为了解决仿生机械臂空间位置反馈的问题,将眼电图作为神经反馈,应用于仿生机械臂空间位置反馈系统,通过多角度目标点重复扫视实验,分析眼球转动角度与对应眼电信号特征之间的映射规律,建立了人眼双目视觉定位模型.采用四元数法构建人眼、仿生机械臂坐标转换模型,并通过自行设计的物理实验平台进行坐标转换参数标定、计算旋转矩阵和平移向量,根据参数化定位模型将提取到的目标点转换为机械臂坐标系位置信息,从而实现了空间定位.研究结果表明,人眼双目视觉的定位模型可以有效地提取目标点坐标,为仿生机械臂提供空间位置反馈,同时也为仿生机械臂空间位置反馈提供了新思路.     

水轮机叶片坑内修复机器人的机械臂样机磨削力

该文介绍了一种自主设计的可进行水轮机叶片坑内高效修复作业的磁吸附爬壁式机器人,该机器人焊缝的修磨方式为缓进深切磨削.为进一步研究采用该方式修磨焊缝时的受力特点,搭建了由应用于该机器人的机械臂样机系统和测力仪系统构成的焊缝磨削实验平台,对机械臂采用缓进深切磨削方式修磨焊缝时的切削力进行了测量.通过实验得到了切削力经验公式,该公式估算误差在20%以内,可为机器人及机械臂后续的优化设计和作业控制研究提供依据.     

基于Recurdyn的移动机器人倾覆性分析

针对履带式移动机械臂在运动过程中可能存在倾覆性的问题，本文以自制的履带式移动机械臂为研究对象，从动力学的角度研究机械臂的运动对移动平台攀爬楼梯过程中的影响，提出了一种机械臂主动改变位姿以维持系统稳定性的算法。首先，采用牛顿-欧拉法建立机械臂动力学方程，通过Solidworks三维软件辨识机械臂各连杆的惯性参数集，得到完整的机械臂动力学方程；其次，对移动平台进行受力分析，采用TOM倾覆力矩法衡量移动机械臂的倾覆裕度，判断系统的倾覆可能性；最后，采用Recurdyn仿真软件进行履带式移动机械臂攀爬楼梯仿真实验，仿真实验结果表明：移动平台在攀爬楼梯过程中，其TOM值逐渐增大，系统趋于不稳定状态；当机械臂改变位姿以维持系统平衡时，移动平台的TOM值逐渐减小，系统趋于稳定状态。可见，所提算法可以用于判断移动机械臂系统的倾覆可能性，同时机械臂可以主动改变位姿维持系统的稳定性，为移动机械臂运动稳定性状态的维持提供了有效的手段。     

一种水下双目视觉测距方法研究

基于改进的SIFT特征匹配算法,建立了一个水下双目视觉测距系统.围绕提高水下双目视觉测距的精度、速度和抗干扰度等,研究了图像预处理、SIFT特征匹配算法等关键技术.针对传统图像直方图均衡化结果过亮或过暗现象以及过增强的特点,提出了一种改进的结合了OTSU阈值算法的直方图均衡化方法;结合稀疏匹配搜索算法,提出一种改进的SIFT特征匹配算法对左、右目图像进行特征匹配.利用区域增长算法,分别生成了水下标定板和机械臂的伪彩色视差图像,由视差图获得了目标相应位置的距离.实验结果显示:水下标定板平均测距精确度为97.66%,利用所提方法也获得了水下机械臂的双目视差图像.     

视觉定位脑外科手术机器人系统的坐标映射

详细阐述了基于视觉定位技术的脑外科手术机器人系统的构成与手术过程,探讨了系统四个坐标系之间的相互映射关系·利用计算机视觉、机器人和医学影像三维重建技术,辅助医生完成脑外科手术·系统采用标记点校准方法,用视觉定位代替人为机械臂定位方式,使系统在手术精度与智能化方面有了很大的改善·通过研究各个坐标系之间映射关系,完成手术校准与规划,引导机器人到达规划的位姿,为实际应用提供了理论基础·     

移动机械臂的协调运动方案设计及验证

移动机械臂是由一个移动平台和一个固定在其上面的机械臂组成。为了能实现对移动机械臂的协调控制,移动平台和机械臂不得不同时完成任务。通过对移动机械臂的运动学建模分析,提出了一个基于最小速度范数的协调运动方案。该方案不仅可以实现对移动平台的运动控制,而且可以对机械臂同时进行协调控制。此外,协调运动方案可以等效的转换为一个标准二次规划问题,进而可以开发出一个有效的数值算法去求解。最后,移动机械臂去执行一个圆形路径,对应的仿真结果验证了协调运动方案的有效性。     

半智能排爆机器人的单手双目手眼系统

针对目前排爆机器人手动控制方式的不足,研究和开发了一个单手双目手眼系统用于半智能排爆机器人的自动控制.该系统基于双目视觉原理,采用Matlab7.0作为运算引擎,调用机器视觉软件eVision6.2中的EasyMatch 模式匹配库进行立体匹配,实时捕获图像,进行摄像机标定、图像预处理和匹配,确定可疑目标物的坐标,并把图像实时显示在控制台,自动控制手臂靠近并准确抓取可疑目标物.该半智能排爆机器人抓取实验的相对误差小于2.54%,表明该立体视觉系统在精度上能满足半智能排爆机器人的要求.     

半智能排爆机器人单手双目手眼系统的研究

针对目前排爆机器人手动控制方式的不足,研究和开发了一个单手双目手眼系统用于半智能排爆机器人的自动控制.单手双目手眼系统是半智能排爆机器人的重要组成部分和关键技术,该视觉系统利用双目立体视觉原理,采用Matlab7.0作为运算引擎,调用机器视觉处理软件EVision6.2中的EasyMatch模式匹配库进行立体图像匹配,能实时捕获排爆机器人周围的图像信息、进行摄像机标定、图像预处理、立体图像匹配、确定机器人未端手爪与可疑目标物的相对位置坐标,并把图像实时显示在控制台,自动控制手臂靠近并准确地抓取可疑目标物.该半智能排爆机器人成功地抓取实验,表明了该立体视觉系统在精度上能够满足半智能排爆机器人的项目要求.     

基于数字罗盘的移动机械臂平台开门系统研究

开门研究对于拓展机器人工作环境具有重要意义。本文将体感传感器与数字罗盘引入移动机械臂平台控制系统中,利用体感传感器获取门把手的距离信息,利用数字罗盘获取平台的方位角信息,在VS2008环境下编写了基于体感传感器和数字罗盘的控制软件,使移动机械臂平台能按照正确的运动轨迹接近门把手并完成开门动作。开门实验结果表明,引入数字罗盘的开门方法提高了移动机械臂平台的开门成功率。