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视觉引导控制在水轮机修复专用机器人中的应用研究

作　者: 周丽
导　师: 张礼勇
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 视觉引导控制修复机器人数字图像处理试探性运动
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
下　载: 91次
引　用: 1次
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内容摘要

对水轮机转轮叶片的维护与维修是各国水电部门的一项重要工作，每年都要在其上耗费大量的人力、物力、财力。为了减少此项工作的劳动强度，提高维护、维修的效率，我们引进并自行开发了用于水轮机转轮叶片修复用的专用机器人。由于此种机器人的工作方式是示教再现型的，一旦工作环境或工作对象发生改变，它就无法正常工作。因此，我们为其加入的视觉导引系统就成为提高其智能化水平的一个必不可少的条件。本文以省科技攻关项目和市重点科技攻关项目为背景，采用基于图像的无标定视觉导引方法来控制系统运行。克服了传统工业机器人只能工作在环境模型已知情况下的局限性。由于我们是直接利用图像控制机器人运动的，因此对图像雅可比矩阵的正确求解是系统得以成功运行的关键。以往对图像雅可比矩阵的求解一般都是采用标定的方式，而标定是一项十分繁琐工作，并且有时在实际操作中是根本不可行的。为避免这一情况的发生，本文给出了一种通过动态估算雅可比矩阵来代替实际雅可比矩阵的方法，并且对采用此策略时存在的对图像雅可比矩阵的估算随时间变坏的问题给出了一些改进措施。其中，通过使用附加的试探性运动方法将提高图像雅可比矩阵估计的精度和速度。在机器人视觉伺服系统中的图像特征信息提取部分，依据工作环境的特点设计了一套具有较强抗干扰能力的数字图像处理算法。使得将处于自然背景下的标记点信息准确地获取到，并应用于实验中的图像特征信息提取。本文对机器人视觉导引的控制算法在一个六自由度的机器人系统上进行了仿真实验和实际实验研究，实验结果表明此方法具有完成机器人初始定位任务的能力，并且具有一定的抗干扰性。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
第一章绪论  8-15
  1.1 课题来源与背景  8-9
  1.2 国内外发展状况及相关领域研究综述  9-14
    1.2.1 国内外发展状况及分析  9-12
    1.2.2 相关领域技术发展  12-14
  1.3 本文主要研究内容  14-15
第二章视觉引导控制系统的方案研究  15-21
  2.1 水轮机叶片修复机器人视觉系统引导任务  15
  2.2 视觉引导控制的方案研究  15-18
    2.2.1 开环控制与闭环控制  17
    2.2.2 无视觉引导与有视觉引导  17
    2.2.3 单目、立体和结构光视觉  17-18
    2.2.4 摄像机的放置  18
  2.3 视觉引导系统的组成  18-21
    2.3.1 视觉图像获取及传输  19
    2.3.2 视觉图像的预处理部分  19
    2.3.3 视觉图像的分析处理部分  19-21
第三章视觉图像的获取与信息交换  21-28
  3.1 摄像机模型分析  21
  3.2 图像获取的硬件和软件  21-24
    3.2.1 CCD摄像机  21-22
    3.2.2 图像采集卡  22-23
    3.2.3 SCOMPI水轮机叶片修复机器人简介  23-24
  3.3 数据信息的交换  24-28
    3.3.1 硬件系统  24-25
    3.3.2 软件协议  25-28
第四章视觉系统中的图像处理和识别  28-40
  4.1 引言  28
  4.2 图像的预处理  28-32
    4.2.1 非线性滤波  28-30
    4.2.2 数学形态学处理  30-31
    4.2.3 图像的锐化与增强  31-32
  4.3 图像二值化与边缘提取  32-35
  4.4 形状描述与特征提取  35-38
  4.5 识别  38-39
  4.6 小结  39-40
第五章视觉引导控制算法设计与改进  40-52
  5.1 引言  40
  5.2 图像雅可比矩阵  40-41
  5.3 基于图像无标定视觉伺服控制方法  41-43
  5.4 控制算法机器改进的仿真实验  43-47
  5.5 试探性运动方法对控制的改进  47-52
    5.5.1 控制耦合性问题产生的原因  47-48
    5.5.2 控制耦合性问题的改进措施  48-49
    5.5.3 解决控制耦合性问题的试探性运动方法  49-52
结论  52-53
致谢  53-54
在读硕士学位期间发表的学术论文  54-55
参考文献  55-57

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