基于开放式软件平台的机器人视觉伺服研究

摘要

机器人技术正向智能化、开放式、柔性化方向发展，传统的结构化机器人控制方法已经不能适应复杂多变的控制对象，必须提出新的机器人控制结构(包括硬件结构和软件结构)来满足应用需要。因此，机器人开放式控制器成为近年来机器人领域的一个研究热点。 本文以对象管理集团(OMG)的通用对象请求代理结构(CORBA)规范为设计蓝本,提出了一种机器人开放式控制器软件架构,在此软件架构平台上着重研究了机器人视觉伺服控制,另外对摄像机标定、视觉系统和图像处理也进行了深入分析与研究。 本文回顾了机器人开放式控制器研究领域的发展和国内外的研究现状，对国内外机器人视觉伺服的研究情况做了简要介绍,并给出了视觉伺服控制系统的基本设计原理和方法。 机器人开放式控制器软件平台的设计必须解决软件对象接口划分以及对象模块间的通信问题. 本文利用CORBA技术规范,运用软件工程思想,采用统一建模语言(Unify Model Language, UML)建模方法设计并实现了机器人开放式软件平台。 机器人视觉系统必须建立空间物体表面与图像平面对应点的成像关系，因而摄像机参数标定是必须解决的首要问题。本文在分析摄像机内外参数模型的基础上，给出了两种摄像机标定方法。通过一定的矩阵变换,可直接标定出摄像机内外参数,实验证明该方法有效地实现了摄像机成像模型的线性化，为实现视觉系统的目标准确定位奠定了基础。 在摄像机精确标定后,根据机械手定位和目标跟踪实验的要求,本文着重介绍了机器人视觉系统和基本的图像处理方法,并实现了机械手的重复定位控制实验。在此基础上本文给出了基于位置(based-position)的视觉伺服控制结构,并通过机械手曲线跟踪仿真实验检验了设计的视觉伺服控制器的有效性和实用性。实验证明设计的控制器鲁棒性和灵活性较好。