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《西安理工大学》 2003年
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基于位置的机器人视觉伺服控制的研究

刘涵  
【摘要】: 使用传感器信息来控制机器人已经成为一个热门的研究领域,因为这样可以促进智能机器人的研究与设计。相比示教型的工业机器人,智能机器人能够处理避障等不可预知的事件。目前视觉传感器已经成为最重要的一种传感器,因为CCD摄像机已经非常的便宜并且容易使用。另外,视觉也是人类一种非常重要的感觉,并且由机器人视觉系统得到的信息非常容易被操作人员所理解。在视觉控制的机器人的研究领域内,研究主要集中在机器人手臂的控制方法、图像特征的提取和理解等方面,因此导致了许多针对不同具体问题的视觉伺服方法。 通过检测图像中的目标物体,可以获得视觉信息来控制机器人的运动。基于位置的视觉伺服方法首先根据机器人的模型、可到达的工作空间以及目标物体来估计目标物体在直角坐标空间中相对于摄像机的位置。机器人控制器的误差信号定义在直角坐标系。因为三维直角坐标空间容易被直观的理解,所以大多数的机器人提供直角坐标系的接口。但是这种方法依赖于摄像机的精确标定以及精确的图像到位姿的估计。 基于图像的视觉伺服也被称为是基于特征的视觉伺服。误差信号按照图像特征来定义而且直接在图像坐标空间来测量,因此可以大大降低计算量,而且系统对相机标定误差和系统建模误差不敏感。但是基于图像特征的机器人运动的计算并不是很直观,并且依赖于所选的图像特征和方法,这是一个非线性的过程,并且参数是高度相 西安理工大学博士学位论文 关的,这从理论上很难分析并且对机器人的控制设计提出了很大的挑战。 本论文主要研究了基于位置的机器人视觉伺服系统的基本组成以及实现方法,并 针对提出的基于“一步”遗传算法模式匹配的图像目标识别方法进行了改进。结合局 部遗传算法和全局遗传算法,提高了目标识别的精度和速度,优化了视觉伺服系统的 性能。同时针对图像采集、传输过程中出现的噪音可能对系统性能的影响,提出了基 于模糊神经网络的新型图像滤波器。最后论文着重讨论了机器人控制的智能方法,并 提出了一种新型的混合控制器。 本文的创新点和研究成果如下: 1.提出了基于“一步”遗传算法模式匹配的图像目标识别方法。为了满足 机器人视觉伺服系统的动态特性,把每一代GA进化后适应度值最大的 个体作为机器人视觉控制器的输入(要通过解机器人逆运动学),这样就 可以把基于6A的路径规划(目标搜索)看成是实时的,使改进后的GA 能够满足实时系统的要求。同时,利用相同的原理研究了运动图像中交 通标志的实时识别问题,提出了利用遗传算法和简单向量滤波器实时识 别运动图像中交通标志的方法。 2.提出结合局部遗传算法(助cal GA)和全局遗传算法(G lobal GA)的视觉伺 服系统性能优化方法。主要通过全局GA完成目标检测的预处理,当适 应度值达到一定的闽值以后,它将切换到局部GA来进行一个更为精细 的和快速的目标识别。这种搜索的切换类似于人类寻找目标的过程。这 种性能的优化,使得视觉伺服系统具备仿人的智能。 3.提出基于模糊神经网络的图像滤波器。同时图像滤波器网络参数的学习 通过遗传算法来完成。实验结果显示,这种滤波器对于冲击噪声的滤除 要明显好于传统的滤波器。 4.提出基于模糊神经网络、CMAC网络以及变结构控制的机器人手臂混合 控制器。针对神经网络控制、模糊控制以及变结构控制各自的特点,论 文将这几种常用的智能控制方法融合在一起。通过对两连杆机器人手臂 摘要 的仿真实验,这种混合控制器对于机器人动力学模型中存在的不确定性 具有很强的鲁棒性,这对实际工业应用中机器人控制器的设计提供了一 种可行的解决思路。
【学位授予单位】:西安理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TP242

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 宗晓萍;智能机器人视觉伺服系统研究[D];河北大学;2007年
2 张晓晖;机器人视觉伺服及网络控制研究[D];西安理工大学;2009年
3 薛艳敏;智能方法在机器人视觉伺服中的应用研究[D];西安理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
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2 高志国;复合热源螺柱焊机器人系统工作站的设计与研制[D];南京理工大学;2012年
3 刘晓丽;基于优化ADRC的无标定机器人手眼协调[D];西安理工大学;2006年
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5 章玉婷;拉丝漏板自动弧焊机器人集成应用环境开发[D];南京航空航天大学;2007年
6 淮小利;机器人视觉伺服控制研究[D];河北大学;2008年
7 班建安;机器人混合视觉伺服控制研究[D];西安理工大学;2009年
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 吕延龙,曹营军,田春雷;用神经网络技术预测库存发射药安全寿命的可行性[J];火炸药学报;2003年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 梁捷;陈力;;漂浮基空间机械臂姿态、关节协调运动的模糊变结构滑模控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 陈志煌;陈力;;漂浮基双臂空间机器人本体与末端抓手协调运动的模糊滑模控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 毛行静;陈力;;漂浮基空间机械臂末端爪手惯性空间轨迹跟踪的改进滑模变结构控制方案[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 ;Development of High-precise Hand-eye Calibration Software System[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 张晨曦;樊鹏辉;王新华;蔡开元;;可垂直起降和高速前飞飞行器模态转换控制律设计[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
7 朱道宏;柴钰;;基于终端滑模的多关节机器人跟踪控制[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
8 王祥凤;郑维平;李智;;凝汽器胶球清洗自动监测装置[A];科学发展与社会责任(A卷)——第五届沈阳科学学术年会文集[C];2008年
9 江萍;;车牌分割中的阈值选择策略[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
10 张娟;陈春晓;;基于分层重建的摄像机完全自标定[A];2011下一代自动测试系统学术研讨会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴德烽;计算智能在三维表面扫描机器人系统中的应用研究[D];大连海事大学;2010年
2 朱清波;序列图像三维重建方法研究[D];华中科技大学;2010年
3 王义文;钢球表面缺陷检测关键技术研究及样机研制[D];哈尔滨理工大学;2010年
4 王前;开关电源的协同控制理论及脉宽调制应用技术研究[D];华南理工大学;2010年
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6 黄永林;PCB光电检孔机关键技术研究及其系统实现[D];电子科技大学;2010年
7 李林杰;生态高值农业技术创新模式研究[D];湖南农业大学;2010年
8 赖小波;机器人双目立体视觉若干关键理论问题及其技术实现研究[D];浙江大学;2010年
9 张淑平;基于视觉的并联机器人位姿检测方法研究[D];东华大学;2010年
10 张克俊;基因表达式编程理论及其监督机器学习模型研究[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 田冰;基于SOM网的多目标图像轮廓提取技术的研究[D];南昌航空大学;2010年
2 刘爽;气动肌肉机械手臂机构设计与控制方法实现[D];浙江理工大学;2010年
3 姜辉;二级倒立摆控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 张丽;基于单目视觉的水下目标识别与三维定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 刘平刚;超大图像分割技术及在医学图像中应用研究[D];大连理工大学;2010年
6 王骏;基于径向基神经网络的模拟电路故障诊断研究[D];大连理工大学;2010年
7 朱志伟;基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器研究[D];大连理工大学;2010年
8 杜剑;大锻件尺寸测量系统中的摄像机现场标定技术[D];大连理工大学;2010年
9 征进;高阶神经网络结构优化与改进[D];大连理工大学;2010年
10 苌占波;咀嚼机器人建模与控制研究[D];大连理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张红源;陈自力;;图像匹配经典算法及其改进方法研究[J];兵工自动化;2008年09期
2 李迎春,陈贺新,杨建波,林林;基于矩不变的飞机识别算法[J];吉林大学学报(信息科学版);2002年03期
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4 王一;任永杰;刘常杰;叶声华;;工业机器人视觉检测系统的现场标定技术[J];传感器与微系统;2010年02期
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6 张纯江;郭忠南;孟慧英;刘炜;;主动电流扰动法在并网发电系统孤岛检测中的应用[J];电工技术学报;2007年07期
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8 黄贤聪;张瑞昌;孙松岭;杨瑞;;埋弧螺柱焊机及其在预埋件焊接中的应用[J];电焊机;2006年01期
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10 王元良;;螺柱焊接技术的发展及应用[J];电焊机;2006年01期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张艳珍;微机视觉系统相关理论及技术研究[D];大连理工大学;2001年
2 王文陆;光学子波变换及其在图象处理中的应用[D];清华大学;1995年
3 李卫东;混杂动态系统的分析与控制[D];浙江大学;2003年
4 杨延西;基于图像的智能机器人视觉伺服系统[D];西安理工大学;2003年
5 张聚;混杂系统理论及在非线性系统中的应用研究[D];浙江大学;2005年
6 王海军;面向大规模定制的产品模块化若干设计方法研究[D];大连理工大学;2005年
7 王社阳;机器人视觉伺服系统的若干问题研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
8 刘永;弧焊机器人工作站智能化技术研究[D];南京理工大学;2005年
9 匡平;基于单目视觉的汽车自动导航技术研究[D];电子科技大学;2006年
10 辛菁;机器人无标定视觉伺服控制系统研究[D];西安理工大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邓志鹏;基于光学小波变换的机器人视觉的研究[D];河北工业大学;2000年
2 崔庆华;基于光学小波变换的机器人视觉系统及其实验研究[D];河北工业大学;2002年
3 江书勇;基于ObjectARX的图形自动编程系统的研究与开发[D];四川大学;2003年
4 闫振杰;智能机器人视觉伺服系统研究[D];西安理工大学;2004年
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6 耿籍;基于数控加工仿真的CNC控制软件及漫游模块的研究与开发[D];西北工业大学;2004年
7 汪芳;模式识别技术及其在文字识别领域的应用研究[D];西北工业大学;2004年
8 修妍;基于ObjectARX的三维分形参数化绘图系统的研究与设计[D];天津大学;2004年
9 李咏红;CAD二次开发方法研究与实现[D];电子科技大学;2004年
10 沈海浪;视频序列中运动目标的检测与跟踪[D];解放军信息工程大学;2004年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 丁建华;姚明海;赵瑜;;基于单应性矩阵的机器人视觉伺服系统研究[J];机电工程;2012年12期
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 董政;日盲紫外探测系统自动目标识别的研究[D];电子科技大学;2011年
2 薛艳敏;智能方法在机器人视觉伺服中的应用研究[D];西安理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐俊成;基于机器视觉的精密注塑零件的识别与检测[D];北京化工大学;2011年
2 高志国;复合热源螺柱焊机器人系统工作站的设计与研制[D];南京理工大学;2012年
3 刘巍伟;基于DSP的视觉图像处理研究[D];河北大学;2009年
4 石圣羽;基于DSP和USB的图像采集与处理系统[D];河北大学;2009年
5 淮小利;机器人视觉伺服控制研究[D];河北大学;2008年
6 赵豆;机器人立体视觉相关技术研究[D];西安理工大学;2009年
7 李月月;基于ADAMS和MATLAB的机器人联合仿真[D];河北大学;2010年
8 黄真;视觉伺服在棉花裸根苗分离技术中的应用[D];郑州大学;2012年
9 王滨;焊缝磨抛机器人视觉伺服系统研究[D];吉林大学;2012年
10 王乐;基于视觉伺服的工业机器人控制技术研究[D];南京林业大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 黄联捷,杨文采;参考波速线性变化时的声波方程逆散射反演[J];地球物理学报;1991年01期
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6 刘涵,刘丁,杨延西;基于遗传算法模式匹配的机器人实时视觉伺服[J];机器人;2001年S1期
7 杨长江,汪威,胡占义;一种基于主动视觉的摄像机内参数自定标方法[J];计算机学报;1998年05期
8 李华,吴福朝,胡占义;一种新的线性摄像机自标定方法[J];计算机学报;2000年11期
9 樊晓平,徐建闽,周其节,梁天培;柔性机器人的动力学建模及其控制[J];控制理论与应用;1997年03期
10 樊晓平,颜全胜,徐建闽,毛宗源,周其节;平面双连杆受限柔性机器人臂的动力学建模[J];控制理论与应用;1998年06期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 林靖,陈辉堂,王月娟,蒋平;机器人视觉伺服系统的研究[J];控制理论与应用;2000年04期
2 张玉洁,徐刚;基于神经网络的视觉机器人模糊控制[J];深圳大学学报(理工版);2004年04期
3 钱新波,杨树元;视觉伺服在主动视觉中的应用[J];微计算机应用;1998年04期
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6 薛定宇,项龙江,司秉玉,徐心和;视觉伺服分类及其动态过程[J];东北大学学报(自然科学版);2003年06期
7 田梦倩,罗翔,黄惟一;视觉伺服机器人系统的无标定目标运动估计[J];工业仪表与自动化装置;2004年01期
8 费跃农,王建萍,徐刚;视景仿真在视觉伺服中的应用[J];计算机应用;2003年01期
9 邓宗全,许冯平,张晓华;基于X射线图像的视觉伺服同步控制技术[J];控制与决策;2004年11期
10 郭振民,陈善本,吴林,万朝阳;数字图像处理技术在弧焊机器人视觉伺服系统中的应用[J];机器人;2001年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李惠光;朱旭东;李国友;;基于图像矩的自适应视觉伺服机器人控制[A];2004中国控制与决策学术年会论文集[C];2004年
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3 王明辉;王楠;李斌;;面向灾难救援的机器人控制站系统设计[A];中国仪器仪表学会第十二届青年学术会议论文集[C];2010年
4 唐矫燕;赵群飞;黄杰;杨汝清;;基于两足步行椅机器人的人在环中的助残机器人控制系统[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 张国伟;李斌;龚海里;王聪;郑怀兵;;废墟洞穴搜救机器人控制软件设计与实现[A];中国仪器仪表学会第十二届青年学术会议论文集[C];2010年
6 田冬英;王明辉;李斌;;水陆两栖可变形机器人控制系统设计与实现[A];中国仪器仪表学会第十三届青年学术会议论文集[C];2011年
7 康惠春;王建军;马春庆;王卫星;贾天义;闫立峰;尹德秀;范巧变;谷书伟;杨文娟;杨大芳;;大型拖拉机底盘机器人自动喷涂集成系统[A];第十五届全国涂料与涂装技术信息交流会暨商用车、工程机械、轨道交通涂装技术研讨会论文集[C];2012年
8 屈菊红;李小坚;;基于LabVIEW的机器人远程控制系统的研究与实现[A];中国计量协会冶金分会2010年会论文集[C];2010年
9 赵晓光;谭民;;一种面向柔性制造系统的机器人视觉技术[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
10 丁金婷;朱丹奇;;基于LabVIEW的机器人微控制器设计[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 张奇锋;救援机器人——“戴着镣铐在跳舞”[N];广东科技报;2011年
2 特约记者 杨保国;中国科大“蓝鹰”称雄机器人世界杯[N];大众科技报;2007年
3 记者 解悦;坐着听课学生也能发电[N];南京日报;2007年
4 予言;现代重工加大船用新品研发力度[N];中国船舶报;2009年
5 徐玢;除了立标准还立什么?[N];科技日报;2010年
6 本报记者 王怡舟;等待腾飞[N];电脑报;2001年
7 本报记者诸巍;“黑客帝国”:喧闹的伪哲学?[N];解放日报;2003年
8 骆蔚(西门子管理学院);了解日本人的“制胜方式”[N];中国图书商报;2006年
9 本报记者 任诗芹 文霞平;全球智能控制与自动化大会在肥开幕[N];安徽日报;2000年
10 本报记者 方佛平;孙怡宁 心中有座金山[N];安徽日报;2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘涵;基于位置的机器人视觉伺服控制的研究[D];西安理工大学;2003年
2 梁新武;机械手无标定动态视觉伺服研究[D];华中科技大学;2011年
3 孙太任;机器人对环境边界的跟踪控制[D];华南理工大学;2011年
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5 徐征;微操作系统中定位控制、人机交互和微量注射问题研究[D];大连理工大学;2003年
6 Dioubate Mamady I;基于进化免疫系统理论的多机器人协作和机器人目标探索研究[D];中南大学;2009年
7 高妍南;基于变形仿生鳍的机器人减摇控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
8 张峥炜;基于生物启发的群机器人系统群体搭建机制研究[D];山东大学;2012年
9 王慧燕;图像边缘检测和图像匹配研究及应用[D];浙江大学;2003年
10 林广栋;人工内分泌系统新机制及应用研究[D];中国科学技术大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张成宇;基于视觉伺服的机器人控制研究[D];东北大学;2009年
2 陈旭;无线网络环境下的机器人动态跟踪随机LQG算法[D];北京交通大学;2011年
3 邹治辉;基于传感器的煤矿救援机器人局部路径规划[D];西安科技大学;2010年
4 王坤;多机器人控制及其虚拟仿真[D];西安电子科技大学;2010年
5 刘敏;矿业机器人设计与实现[D];中国地质大学(北京);2011年
6 梁文君;机器人动态路径规划与协作路径规划研究[D];浙江大学;2010年
7 邝宏武;基于动力学视觉伺服的运动目标捕捉技术研究[D];东华大学;2010年
8 董健;腹腔微创手术机器人控制系统设计与实现[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 胡振邦;输电线路除冰机器人控制策略研究[D];兰州理工大学;2011年
10 曹俊琴;一种基于思维进化算法的神经网络求解机器人逆运动学问题[D];太原理工大学;2005年
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