EAST托卡马克的堆芯装置在运行过程中会产生大量的辐射和超强电磁场,因此不能以人工方式近距离进行维护。为了满足托卡马克装置的遥操作维护需求,需要在机器人的机械臂末端安装视觉传感器,以构建手眼机器人系统,从而使机械臂进入真空室内部完成观测任务及内壁破损石墨瓦的更换操作。因此,需要软件控制机器人机械臂的运动。同时,由于堆芯内部光线不足以及视觉传感器成像存在的畸变,导致图像精度下降,从而影响机器人位姿控制的精度。所以,视觉传感器成像和机器人机械臂位姿的精准控制是手眼机器人控制软件平台中的重要问题。本文在使用UR5机器人和Xtion Pro Live视觉传感器搭建的手眼机器人系统中,实现机器人控制软件开发和视觉传感器的标定,并在此基础上完成手眼标定。主要研究内容如下:(1)面向UR5机器人的正运动学和逆运动学分析与仿真。机器人的控制过程中,既需要使用正运动学求解机器人末端执行器的空间位姿,也需要使用逆运动学求解当前位姿下机器人各关节的角度。基于建立的UR5机器人D-H参数表,进行UR5机器人正运动学分析,获得各关节角度与末端执行器位姿关系;同时,基于正运动学的分析结果,使用解析法进行UR5机器人的逆运动学分析;最后通过V-REP仿真环境验证了UR5机器人正逆运动学分析的正确性。(2)针对Xtion Pro Live视觉传感器成像和Eye-in-Hand手眼系统进行分析和建模。相机光学部件的装配和加工存在一定误差,导致相机获取的图像与实际图像的大小、形状不是线性关系,即图形畸变。对于图形配准后的相机,还需要经过手眼标定转换,获得相机与机器人末端位姿转换关系,才可以通过图像精准的控制机器人。针对以上问题,基于Xtion Pro Live视觉传感器建立相机成像模型,进行图像畸变分析,使用张氏标定法完成相机的内参标定;基于Eye-in-Hand结构,建立手眼标定的基本方程,采用两步法获得手眼系统坐标转换关系。(3)设计并实现基于ROS的手眼机器人应用开发工具,包括Ros Launch可视化创建、功能模块图形化(View Graph)、项目部署、机器人控制、机器人状态反馈。目前,机器人应用开发门槛较高,不利于机器人应用的推广。本文提出了基于插件形式的手眼机器人软件平台,将机器人功能模块化,运用可视化开发的方法完成手眼系统项目开发组装,实现了手眼标定实验软件环境搭建。(4)基于UR5机器人和Xtion Pro Live视觉传感器构成的手眼系统,测试手眼机器人控制软件平台功能。使用该软件平台完成机器人控制和图像数据采集。经手眼标定计算,本文搭建的手眼系统姿态误差仅为0.03,位置误差仅为0.0469mm,达到遥操作维护机器人的精度要求。实验表明本文设计并开发的机器人控制平台能准确、快捷的完成机器人控制功能。