机械手视觉伺服控制运动目标跟踪及死区补偿研究

摘要

视觉是机器人获取外部环境信息的重要手段，也是提高机器人自适应能力的重要保障。随着机器人视觉测量与控制方面研究的迅速发展，机器人视觉伺服控制方面的研究也不断取得新的进展，在工业机器人领域、军事领域、航空与空间探索领域等领域得到了越来越广泛的应用。因此，视觉伺服控制在机器人领域占有重要地位，精确的运动目标检测算法和机器人的控制算法受到机器人领域研究人员的普遍重视。
　　本文以机器人视觉控制为研究对象。首先，根据机器人的理论知识和视觉测量知识，建立机械手的运动方程和获取机器人末端坐标系与摄像机坐标的变换矩阵，得到了机器人机座坐标系与摄像机坐标系的齐次变换矩阵，并介绍了机器人运动学逆解；然后，根据视觉获取运动目标位置的需要，在已有运动目标检测的基础上，设计了两种运动目标检测的改进算法；为了控制机械手完成对视觉获得位置的跟踪，在分析机器人动力学时，在充分考虑死区特性和未知干扰的基础上，建立了机械手动力学模型，并利用滑模控制理论和自适应控制理论，设计了三种控制方案，分别通过理论分析、Matlab仿真和实验，证明控制方案的有效性正确性；最后，在研究的基础上，设计了一种基于位置视觉控制运动目标跟踪的设计方案，并在理论上论述了方案的可行性。结果表明：在存在运动物体、光线变化等变化因素的场景中，两种改进的运动目标检测算法能够很好地完成背景图的生成和目标检测，实现视觉测量获取运动目标位置；针对存在死区和外界干扰的机械手控制方案，实现了对机械手很好的控制。

目录

第1章 绪论

1.1课题目的和意义

1.2视觉运动目标检测

1.3运动目标跟踪

1.4机械手的死区补偿

1.5视觉伺服策略

1.6国内外研究现状及发展趋势

1.7论文结构

第2章 机器人技术以及视觉测量的基础

2.1引言

2.2位姿描述和齐次变换

2.3操作臂运动学

2.4机器人视觉测量知识

2.5小结

第3章 运动目标检测

3.1引言

3.2基本的图像处理知识

3.3数字图像的形态学处理

3.4运动目标检测算法

3.5小结

第4章 机械手的控制和死区补偿

4.1引言

4.2实验平台及其问题描述

4.3机械手的控制和死区补偿

4.4机械手的位置视觉控制运动目标跟踪的设计

4.5小结

第5章 结论与展望

5.1结论

5.2需进一步的研究工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果