基于视觉反馈的移动机器人控制-检测技术与自动化装置专业论文.docx

上海交通大学硕士学位论文摘要 上海交通大学硕士学位论文 摘要 万方数据 万方数据 基于视觉反馈的移动机器人控制 摘 要 在对海底、地下资源和宇宙空间的开发过程中，经常会遇到人难以靠 近或非常危险的极限作业环境，如高温、高压、强辐射、窒息等，为完 成这些环境下的复杂操纵作业，遥操作移动机器人系统的通信环节，由 于受宇宙射线等的干扰和传输条件的限制，有时传回的信号多带有大量 噪声和较长的时间滞后，严重时根本无法正常工作，所以近年来研究具 有自主作业功能的遥操作机器人系统的呼声高了起来。具有自主作业功 能的遥操作机器人系统，可以在传输线路受到干扰，不能对其进行遥操 作时，自主地完成部分时间节点内必须完成的关键作业任务，其研究与 开发具有十分重要的理论意义和实用价值。本论文在对国内外机器人立 体视觉技术、机器人自主路径规划技术进行了广泛调研的基础上，依托 实验室的六自由度遥操作移动机器人系统试验平台，将立体视觉技术引 入到移动机器人遥操作领域，构建了“基于视觉反馈的遥操作移动机器 人系统”，重点进行了移动机器人自主作业控制系统研制和开发。 为实现移动机器人自主作业，论文首先对目标物体的识别与空间定位 技术进行了研究。通过在现场的移动机器人上安装双目立体摄像机，和 采集目标物体的二维图像，研究了目标物体三维空间位置信息的计算方 I 法。具体工作包括，为消除摄像机镜头畸变等的影响而进行的摄像机标 定、图像预处理、立体匹配等。其次，为进行移动机器人自主控制，本 文进行了移动机器人运动学建模。为验证所提出的控制理论及控制算法 的正确性，本文在遥操作工程机器人试验平台上，进行了机器人自主作 业控制试验。试验内容包括目标物体的识别与空间定位，对目标物抓取 检测等。 本文完成的研究任务如下： （1）以遥操作移动机器人为研究对象，将双目立体视觉技术应用于 遥操作移动机器人领域，构建了“基于视觉反馈的遥操作机器人控制系 统”。并通过成功的轨迹规划与目标物体抓取检测控制，初步实现了移动 机器人的自主作业。 （2）利用坐标变换的方法，建立了六自由度移动机器人的运动学方 程，确定了统一的空间坐标系下机械手各关节转角与其抓手末端位置的 关系。给出了移动机器人顺运动学、逆运动学的算法以及轨迹规划方法。 （3）进行了目标物体抓取检测与控制实验。试验结果表明，本文所 构建的基于立体视觉技术的移动机器人自主作业控制系统，已经能够完 成初步的自主作业任务。 关键词：遥操作移动机器人，自主作业，立体视觉，摄像头标定， 图像处理 II 上海交通大学硕士学位论文ABS 上海交通大学硕士学位论文 ABSTRACT Mobile Robot Control Based On Visual Feedback ABSTRACT During the process of exploitation of the sea, underground resources and astrospace, Tasks are often carried out in the limit working environment which is difficult or hazardous for mankind to approach such as high temperature, high pressure, strong radiation, suffocation etc. In order to complete the complex operations in such harsh circumstances, the teleoperation construction robot technology based on the telepresence has been used widely. Due to the interference of the cosmic rays and the limitation of the transfer condition, the signals being sent back are always with noises and remarkable length of time-delay, the system will be unable to work normally in severe situation. In recent years, the teleoperation construction robot system has autonomous function has been asked for. When the transmission lines are disrupted and tele