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双目家政机器人的目标物识别及抓取研究

田祥庆  
【摘要】: 本文的研究紧紧依托于华南理工大学智能机器人实验室的家政机器人平台,针对家政机器人进行了详细的分析,获得了一些较重要的研究成果和结论。 首先构建了包括摄像机标定、目标物图像的获取和识别、获取目标点的深度信息、空间坐标变换、机器人运动学模型分析与建立、以及基于位置的视觉伺服在内的双目机器人视觉伺服控制系统的框架结构。在理论上建立了基于D-H表示法的家政机器人手臂的运动学模型,对其进行了逆运动学求解,并探讨了动态的机器人手眼协调关系。 针对SIFT目标识别算法的特点及其在机器人目标识别应用中的不足,提出了结合Snake模型的SIFT目标位置及轮廓识别算法,解决了家政机器人目标识别过程中目标物轮廓信息获取不足的问题,并将相关的目标信息结合到机器人手臂末端执行器对目标物的抓取过程中。利用Visual Studio 2005开发平台实现了相关算法。 研究了机器人的视觉伺服系统,对传统的基于位置的视觉伺服系统的结构及相关技术进行了分析,根据其在机器人目标物抓取中的不足,结合雅可比矩阵在机器人微分运动学中的关系,提出了改进的基于位置的视觉伺服系统控制结构。该控制结构的主要思想是通过运动学逆解使家政机器人手臂达到目标物的大致位置,接下来在线计算机器人的雅克比矩阵以控制手臂的微分运动,最后使其能够精确的达到目标物位置并抓取目标物。并通过实验证明了本文中以上理论的有效性。


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