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大载荷并联机器人监控平台研究
作 者: 王海涛
导 师: 郝矿荣
学 校: 东华大学
专 业: 控制理论与控制工程
关键词: 大载荷并联机器人 位姿检测 虚拟运动同步 软件时钟同步 Open Inventor WinSock
分类号: TP242
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
大载荷并联机器人已经在空间对接机构、高速运动模拟器等领域取得广泛应用。大载荷并联机器人往往工作在环境恶劣,肉眼不易观察的地方,且动平台具有六个自由度,运动轨迹复杂,难以实现动态的位姿检测。针对这些问题,本课题研究了一种具有高精度位姿检测与虚拟同步运动功能并联机器人监控系统,主要完成以下工作:(1)提出了基于立体视觉和位置正解相结合的精确位姿检测方法。首先安装并联机器人立体视觉检测系统,检测得到粗略的位姿参数,以确定位置正解的空间范围。并联机构的正解虽然有多个,但是在限定空间内,其正解具有唯一性。依照立体视觉的检测结果和传感器测出的支链长度,用位置正解算法,得到机器人的精确位姿。该方法继承了立体视觉位姿检测方法能够实现对多自由度运动的动态检测的优点,又提高了检测精度。(2)在监控计算机上建立虚拟机器人。以VC++和Open Inventor为开发平台,先用专业三维建模软件PRO/E构建了并联机器人的三维模型,再将模型数据导入开发平台中,最后搭建虚拟机器人的场景数据库。该方法比传统的用OpenGL的方法建模速度快,适合于面向对象的系统开发。(3)研究了利用Open Inventor进行虚拟机器人运动控制的机制。在虚拟机器人场景数据库的根节点下设置一个my Communication类节点,用它来实时地接收最新的位姿信息;在虚拟机器人的形体节点所对应的属性节点下增加一个平动属性节点、三个转动属性节点来进行多自由度虚拟运动的控制。传感器类是Open Inventor的一个组件,它能够实时地检测节点的变化。myCommunication的参数变化被传感器检测后,传感器调用自定义函数来设置相应的平动或者转动节点,经过SoGLRenderAction类渲染就实现了几乎同步的运动。(4)研究了基于网络延迟对数正态分布的概率时钟同步算法和基于WinSock的系统通信方法,用以实现监控系统中不同PC间的时钟同步与通信。(5)设计了监控系统的框架架构,并进行了精确位姿检测和虚拟运动同步的具体实现的研究,设计了相关的监控界面。试验结果表明,本课题提出的方法具有一定可行性,有较好的位姿检测精度和虚拟同步运动效果。
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全文目录
摘要 5-7 ABSTRACT 7-12 第一章 绪论 12-21 1.1 课题背景与意义 12-13 1.2 研究现状 13-17 1.2.1 并联机器人研究现状 13-14 1.2.2 机器人位姿检测研究现状 14-16 1.2.3 虚拟现实与虚拟机器人研究现状 16-17 1.3 主要研究内容及创新点 17-19 1.3.1 主要研究内容 17-19 1.3.2 创新点 19 1.4 论文章节安排 19-21 第二章 基于立体视觉以及位置正解的精确位姿检测 21-48 2.1 引言 21 2.2 基于立体视觉的粗略位姿检测 21-36 2.2.1 基于立体视觉的位姿检测的系统框架 22-29 2.2.2 摄像机标定 29-30 2.2.3 位姿检测算法 30-36 2.3 基于位置正解的精确位姿检测算法 36-45 2.3.1 六自由度并联机器人运动学分析 36-40 2.3.2 基于位置正解的精确位姿检测算法 40-45 2.4 精确位姿检测的实验 45-47 2.4.1 试验硬件与相关参数设置 45 2.4.2 试验结果 45-47 2.5 小结 47-48 第三章 虚拟机器人搭建与虚拟运动的控制 48-65 3.1 引言 48 3.2 虚拟机器人的搭建 48-55 3.2.1 Open Inventor与VC++的集成使用 48-49 3.2.2 机器人零部件的三维建模 49-51 3.2.3 虚拟机器人数据库的搭建 51-55 3.3 虚拟运动的控制 55-60 3.3.1 运动渲染中的关键技术 55-56 3.3.2 基于传感器类的同步运动控制 56-59 3.3.3 六自由度虚拟运动控制的机制分析 59-60 3.4 机器人三维建模实现与虚拟运动控制的程序设计 60-64 3.4.1 机器人三维建模实现 60-62 3.4.2 六自由度虚拟运动控制程序设计 62-64 3.5 小结 64-65 第四章 监控系统的同步与通信 65-76 4.1 引言 65 4.2 系统的时钟同步算法 65-69 4.2.1 时钟同步算法的分析 65-66 4.2.2 基于网络延迟对数正态分布的概率时钟同步算法 66-68 4.2.3 概率同步算法的参数设计步骤 68-69 4.3 基于WinSock的系统系统通信 69-73 4.3.1 网络编程接口WinSock的基本原理 69-71 4.3.2 监控端(服务器端)通信类的设计 71-72 4.3.3 客户端通信程序类的设计 72-73 4.4 利用WinSock通信进行节点间同步的程序设计 73-74 4.5 小结 74-76 第五章 大载荷并联机器人监控系统的实现 76-88 5.1 引言 76 5.2 系统的相关软硬件 76-80 5.2.1 RBT-6S02P型并联机器人 76-77 5.2.2 Bumblebee2视觉采集系统 77-78 5.2.3 软件开发环境的设定 78-80 5.3 系统的设计 80-83 5.3.1 系统整体框架设计 80-81 5.3.2 系统模块简介 81-83 5.4 系统的实现 83-87 5.4.1 精确位姿的检测 83-84 5.4.2 虚拟机器人的虚拟运动的浏览 84-86 5.4.3 机器人传感器信息的浏览 86-87 5.5 小结 87-88 第六章 总结与展望 88-90 6.1 总结 88 6.2 展望 88-90 参考文献 90-95 致谢 95-96 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文以及申请的专利 96-97 附录B 攻读硕士学位期间参加的项目 97-98 附录C 攻读硕士学位期间获得的奖励 98
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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