基于机器视觉的移动机器人机械臂控制系统设计与实现

摘要

目前机器人在工业生产领域已得到广泛应用，相对于工业确定性环境，移动机器人机械臂在不确定性环境下的应用研究尚未成熟。由于涉及视觉处理、实时控制、机械臂运动学等多学科领域，基于机器视觉的机械臂控制研究仍是移动机器人研究领域的难点之一。
　　本文面向RoboCup机器人救援组比赛环境，以单目摄像机为视觉传感器，针对机械臂快速准确抓取物体的需求，对机械臂半自主抓取涉及的视觉测距、目标检测跟踪、运动规划等问题进行了研究，实现了基于单目视觉的移动机器人机械臂控制系统。
　　本文首先对机械臂控制系统进行整体方案设计，然后基于摄像机成像模型，使用摄像机传统标定法对摄像机进行标定;通过实验验证了单目视觉测距的可行性;采用粒子滤波算法实现快速准确的目标跟踪;根据机械臂构型采用D-H表示法进行坐标关系描述及正逆运动学求解，并在关节空间完成机械臂运动规划。
　　本文在Ubuntu和ROS平台下搭建控制系统软件实验平台，编写模块化多线程的机械臂远程决策和本地控制软件。最后完成了目标检测跟踪和物体抓取实验，抓取实验结果表明控制系统能够快速准确半自主抓取目标物体。