基于视觉的绳驱蛇形机械臂运动控制研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:z4360877
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
蛇形机械臂是一种新型仿生连续型机器人,相比于传统串联型机械臂,其具有更灵活的运动方式,并且驱动元件与运动部分在空间上相互分离,具有更高的工作效率。因此,其在空间目标捕获、强辐射环境探测、航空发动机检修、灾害救援等方面具有广阔的应用前景。蛇形机械臂机器人依靠绳索驱动仿生关节运动,相比全柔性机械臂具有更高的结构刚度,但同时又保持了较高的运动自由度。本文在生物脊柱结构的基础上,提炼其关键结构,开发了一种新型蛇形机械臂机器人,并对其进行了全面的运动学分析,在此基础上,加入了视觉关节角辨识及双目目标跟踪环节,构成视觉伺服系统。根据生物脊柱的结构特性,本文设计机器人采用绳索驱动方式,由五个由仿生关节在万向节的连接下串联而成,供具有10个自由度,15根驱动绳索。在结构设计的基础上,利用D-H参数表述机器人的位姿,由单关节至整臂段,分析了其正逆运动学。考虑蛇形机械臂的驱动特点,进一步又提出一种基于关节力旋量的绳索速度-关节速度映射关系的确定方法。在以上工作的基础上,提出了控制框架,并通过仿真手段,验证了以上分析的合理性。为了解决蛇形臂机器人的初始零点确定问题,提出了一种基于视觉的机械臂关节角测量方法。在相机模型、标定方法、手眼标定等机器视觉基础理论的基础上,通过对ArUco标识码的定位,解算相机位姿,进而辨识关节角度。再回零过程中,实时关节角与零位间的误差经过PD环节得到期望关节角速度,之后通过关节角速度-绳索速度映射关系得到绳索速度,进而使机械臂在视觉辅助下具有自主回零能力,保证了机械臂初始位姿的精确性,使其具有更高的运动精度。对空间目标跟踪能力一定程度上拓展了蛇形机械臂的应用前景,本文在Camshift算法的基础上,提出一种双目目标跟踪算法,利用固定于末端的双目相机完成空间目标位置确定,同时测量末端位姿,进而得到末端位姿偏差;最后,利用速度梯度优化法得到关节角速度期望,进而控制机械臂跟踪空间目标。在以上工作的基础上,开发实物样机,完成对绳驱蛇形臂大范围运动、开环末端轨迹规划、视觉回零、末端目标跟踪等算法的实验验证及性能分析。实验结果表明:蛇形机械臂的运动分析正确,样机设计合理,运动灵活平稳,具备自主回零及末端目标跟踪能力。
其他文献
“学习能量”有关学习的倾向、态度和价值观,是英国教育界近年来出现的讨论“学会学习”的一种新的话语。它包含了改变与学习、意义建构、探究意识、创造力、学习关系、战略意
利用早期勘探的几口探井的中途及守井地层测试数据作节点分析,可为探进提供合理的产能预测和配产方案。本文利用节点分析法原理,针对探井早期预测的测试数据,提出了合理绘制流入
介绍覆膜砂热芯盒制芯工艺在微型汽车发动机上的应用,阐述覆膜涛热芯盒模具的设计,包括加热功率的确定、射砂孔和射砂嘴的结构、各项参数的选择以及利用覆膜砂的特点改善型芯的
该文提出了一种基于电能质量分析仪测量的低压配电网线路相线以及中性线阻抗估计方法。该方法使用两台带GPS的电能质量分析仪分别安装于线路的首末端,基于同步时钟模块(GPS)
古城鼻隆构造区石炭系底为一区域性不整合,其上广泛发育(1)与侵蚀面有关的沟谷体系,圈闭的优劣取决于底板地层,以中、上奥陶统最好,志留系次之。(2)鼻隆裙边因侵蚀强度形成砂岩超覆和砂
Delphinium teniiL啨vl.长期以来被用作我国云南西北部一种常见的花序轴和花梗无毛的翠雀的学名。检查模式标本后发现其花序轴和花梗均密被反曲短柔毛,因此D.tenii与四川和云
介绍了北海市真空镀膜厂联系实际应用系统工程理论指导工作实践的经验。阐明了系统工程理论应用于生产技术管理,具有可行性、可操作性和必要性,对提高企业经济效益有重要意义。
JC公司是一家国有独资检测公司,面对飞速变化的经济环境,推陈出新的社会背景,该公司越来越注重思维活跃、容易接受新事物的技术人员,技术人员逐渐地在公司中起到中流砥柱的作
随着科学技术的发展和社会的进步,我国的地铁车站建设已进入快速发展的时代。作为一种公共交通建筑,地铁站密切影响着人们的工作和生活;作为典型的过渡空间,地铁站的热环境与
党的十八大以来,国家高度重视生态文明建设。土地资源是生态文明建设的重要基础因素之一,必须坚持节约集约利用,尤其在城市新增建设用地供应日趋紧张的现实压力下,更要深入“挖潜内涵”,通过盘活存量土地来缓解土地供求矛盾,为城市提供发展空间。本文致力于提升存量土地盘活利用效率。文章描述了福州市存量土地现状,阐述了批而未供土地、闲置土地、“棚户区”土地、低效产业用地等四种存量土地的类型和分布情况,简要说明了福