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近年来,国家大力推进“中国制造2025”发展计划,一个重要的方向就是推动机器人技术研究和应用,取得机器人设计自主知识产权。从传统的刚性机器人到柔性的服务机器人,应用越来越广泛。连续体机器人作为柔性机器人的一种,它是一种新型的仿生机器人,有很多独特的优势和潜在的应用价值,但目前仍存在很多技术难点,且主流采用的开环控制效果不太理想。因此,继续深入研究连续体机器人有着很大的必要性,将当前研究热门的视觉技术应用于连续体机器人,对实现机器人的闭环控制和实时控制效果有很大帮助。本课题是由SMC(中国)有限公司CTC(中国技术中心)研究项目资助,开发一种纯气压驱动的象鼻型连续体机器人。本文主要工作是在合作设计一种象鼻型机器人机电系统的基础上,着重研究利用视觉反馈,实现其精确运动控制的方法和技术。
本文从象鼻型机器人的结构和控制系统方案设计入手,首先,合作进行了机器人结构部分、气动控制系统和机器人控制嵌入式系统的设计;独立建立了用于研究机器人及其构节运动的视觉系统。
其次,研究象鼻型机器人视觉反馈运动控制方法的第一步——粗略控制。其核心思想是因为象鼻型机器人在运动时既有弯曲又有伸长,需要利用视觉检测得到机器人各构节气压和长度的关系,再结合构节的常曲率变形模型,实现当已知目标物位置,机器人末端可以快速到达目标物的位置附近。具体工作有:进行了摄像机标定,评价标定精度并采用测距实验验证;利用单目视觉测量单节气动肌肉气压和轴向伸长变化关系,对其特性进行了分析;利用双目视觉分别测量单构节气动肌肉、象鼻型机器人各构节气压和长度的关系,由MATLAB得到其三元二次函数的关系模型;根据这两种模型,即可实现机器人运动的粗略控制。
第三,研究象鼻型机器人视觉反馈运动控制方法的第二步——精确控制。其核心思想是利用双目视觉实时检测机器人的位姿信息并反馈,控制系统对比实时位姿和期望位姿,根据偏差进行调节,使机器人尽可能达到期望位姿。具体工作包含:利用双目视觉分别检测单构节气动肌肉、象鼻型机器人的实时位姿,将信息传给控制系统进行处理,同时提出一种机器人各构节的控制策略,可实现机器人运动的精确控制。
最后,进行了多次利用视觉反馈运动控制象鼻型机器人抓取网球的实验,均取得成功,验证了本文采用的视觉反馈运动控制方法是可行的,为机器人的智能识别和跟踪抓取等进一步研究奠定了相应的基础。
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Basic Info :
Degree: 工程硕士
Mentor: 王晶
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Year: 2019
Language: Other
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