机器人的实时视觉控制与定位研究-控制理论与控制工程专业论文.docx

中国科学院自动化研究所博士后Ⅲ站报告 中国科学院自动化研究所博士后Ⅲ站报告 摘生 摘要 本文是在国家“863”项目“宜人化双臂操作型服务机器人”、中国科学院自 动化所创新基金项目“基于实时Linux的开放式机器人控制器”和“基于开放式 机器人控制器的结构光视觉伺服控制”的资助F开展工作的，主要就开放式机器 人实时控制器、室内移动机器人的定位和结构光视觉控制等方面的内容展丌研 究。 研究基-j二PC的开放式机器人的本地／远程实时控制、移动机器人的实时高精 度定位、机器人的实时视觉控制，对于提高机器人工作的安全性和可靠性、提高 人机和谐工作的能力，具有十分重要的意义。 本文从简化逆运动学的求解入手，研究并构成了工业机器人的实时控制系 统。利用实时性较好的Red Hat Linux作为工业PC的操作系统，由工业PC进行 在线运动规划、逆运动学求解、选出控制解等，由PMAC多轴运动控制器实现 运动控制，构成本地开放式机器人控制系统。在此基础上，研究了开放式机器人 的本地／远程实时控制，提出了一种基于网络的多层次结构的跨平台远程实时控 制框架，由智能与人机交互层、运动规划层、运动控制层和伺服控制层构成。其 中，由运动规划层、运动控制层和伺服控制层构成开放式机器人的本地实时控制 器。多台本地实时控制器和智能与人机交互层之间通过网络联接。人机交互采用 Windows平台，界面友好。基于该框架完成了一套单机器人远程实时控制系统， 进行了远程视觉控制实验。实验表明，该控制系统运行稳定可靠，远程控制实时 性强。 通过对移动机器人运动状态的分析，导出了一类移动机器人的运动学新模 型。基于该运动学模型，提出了一种改进的带冗余信息的推算定位法，利用移动 机器人三个轮子的里程信息和导向轮的转角信息，通过信息模糊融合获得转弯半 径和转角，再利用运动学模型获得机器人的位置和方向，则能够大幅度提高里程 定位的抗干扰能力，并能适用于不平整地面。在此基础上，将改进的带冗余信息 的推算定位法与灯塔定位法棉结合，用于室内移动机器人的定位。仿真结果表明， 陔方法消除了推算定位法的误差累积，具有实时性好、抗干扰能力强、定位精度 高等特点。此外，该方法的硬件成本低，需要的计算机资源少。 利用激光结构光在被加工工件的表面形成具有鲜明特征的特征点，利用两台 CCD摄像机获得的图像，结合三角测量法结构光视觉实现简单、实时性好以及 双目视觉信息量大具有冗余的特点，提出了一种结构光双目视觉测量系统，它利 用激光结构光和西台摄像机可以获得结构光特征点的三组三维坐标信息。将这i 组信息利用相应的约束条件进行融合，从而可以提高测量精度，增加抗干扰能力。 中国科学院白动化研究所博=L后出站报告 中国科学院白动化研究所博=L后出站报告 摘爱 提出了一种基于单特征点的摄像机自标定方法，实现简单，精度高。 结合结构光双目视觉测量系统和开放式机器人控制器，构成了一套其有焊缝 自动识别与跟踪功能的弧焊机器人焊接系统，实验结果表明了其有效性。提出了 一种用于具有机械手的移动机器人的目标视觉定位方案，它具有大范围视觉测量 能力，同时又避免了摄像机调焦所带来的不便。 关键词：开放式控制器，推算定位，结构光，视觉控制，焊缝跟踪，标定，机 器人 中国科学院自动化iiJ『究所博．I‘后m站报告 中国科学院自动化iiJ『究所博．I‘后m站报告 Abstrac Abstract This work is supported by‘The National High Technology Research and Develop— ment Program of China’(No．2001AA422170)and‘The Innovation Foundation of Institute ofAutomation，Chinese Academy of Sciences’．Its main subjects are focused on the real time controller for open structure robot，the positioning of indoor mobile robot and the stmcture light visual contr01． The kind of industrial robot with moving ability has higher requirement for the controller’S opening property,the positioning accuracy of mobile robot and the intelligent control methods．It is very important to rese