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1、分类号 U DC 学位论文 基于三自由度视觉伺服系统的毽球机器人的研究 作者姓名：唐巍 指导教师： 申请学位级别i 学科专业名称： 论文提交日期： 学位授予日期： 评阅人： 满永奎副教授 东北大学电力系统与电力传动研究所 硕士学科类别：工学 电力电子与电力传动 2 0 0 9 年6 月l8 日论文答辩日期：2 0 0 9 年6 月2 6 日 答辩委员会主席：吴建华 林成武、边春元 东北大学 2 0 0 9 年6 月 、 分 I，j。-Il AT h e s i si nP o w e rE l e c t r o n i c sa n dE l e c t r i cD r i v e R e
2、 s e a r c ho nV i s u a lS e r v oS y s t e mo f 3 - D e g r e e S h u t t l e c o c kR o b o t B yT a n gW e i S u p e r v i s o r ：A s s o c i a t eP r o f e s s o rM a nY o n g k u i N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y J u n e2 0 0 9 08舢6 34 舢8iiiI舢Y 、一厶 力 i 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的
3、。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 ：苗 恧。 学位论文作者签名： 孱施 日期：D 尸0 1 D 上 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年口一
4、年半口两年 学位论文作者签名：屋施 签字日期： 2 伯二固2 d 导师签名：瓤礼生 签字日期：2 p 。陴1 周上母 I r - 一、 东北大学硕士学位论文 摘要 基于三自由度视觉伺服系统的毽球机器人的研究 摘要 随着计算机视觉和计算机硬件技术的快速发展，将视觉信息同机器人控制相结合形 成视觉伺服系统，使机器人具有同外部环境进行智能互交的能力，是当今机器人发展的 一个主要方向。机器人视觉伺服系统通过检测图像中的目标物体，可以获得视觉信息来 控制机器人的规则运动。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执教坐标空间中相对于摄像机的位置。在计算机
5、图像处理中以动态图像的分析和理解为基础的视觉跟踪成为研究的热点。由于视觉跟踪 技术可以应用在许多领域，而且其重要性日益增强，图像处理面临着复杂化合高速化得 挑战，并行处理技术在这其中扮演了机器重要的角色。因此，机器人视觉伺服系统是一 个具有重要研究意义和广阔工业应用前景的基础性研究课题。 机器人视觉伺服系统涉及许多研究领域，如计算机视觉、运动学、动力学、控制理 论以及实时运算等。本文主要研究机器人视觉伺服系统的结构组成以及软、硬件实现方 案，并建立一个三自由度视觉机器人的实验系统。 在分析各种机器人视觉伺服系统优缺点的基础上，针对本课题的研究对象及特点， 采用了外环为视觉控制器、内环为关节伺服
6、控制的双闭环结构，并采用基于图像的视觉 控制策略。视觉子系统采用基于1 3 9 4 总线的摄像头与P C 机结合的方式，在O p e n C V 环境下完成图像采集、图像分割、特征提取、图像三维重组、特征提取的算法实现，并 采取串行通信的方式将图像特征矢量传输至P C 。另一方面，利用P C I 数模转换卡实现 伺服系统和P C 的连接，在O p e n C V 环境下建立实时控制系统，使控制系统与实际装置 之间能够进行实时通信和实时控制，最终实现机器人的视觉伺服控制。其伺服部分是以 三菱Q 0 2 C P U 为控制核心，由其实现整个系统的逻辑顺序控制；采用三菱Q 1 7 2 C P U 作
7、 为运动控制C P U 来完成对系统的定位控制；以S S C N E T 总线作为伺服系统的控制网络， 实现了控制器和伺服放大器之间大量数据的实时通信，以高度同步的串行通讯方式使得 多轴控制具有同步、插补等高级定位功能，提高了系统的响应性和可靠性。并且采用 G T 软件作为开发平台，G O T 9 8 5 作为硬件装置，设计了装盘机控制系统的人机界面监 控程序。 目前，已经完成了伺服控制器和视觉子系统的设计和前期调试，并对视觉伺服系统 进行了最终调试，实验结果运行精度较高，稳定性良好，响应快。 一I I 摘要 统；运动控制C P U ；机器人腿；交流伺服 I I I 东北大学硕士学位论文 R
8、e s e a r c ho nS h u t t l e c o c kR o b o tw i t h3 D i m e n s i o n a l V i s u a ls e r v oS y s t e m A bs t r a c t W i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fm a c h i n ev i s i o na n dh a r d w a r e ，t h ev i s u a ls e r v os y s t e mi s t h ec o m b i n a t i o nb e t w e e nv i s
9、u a li n f o r m a t i o na n dr o b o tc o n t r o l ，w h i c hm a d er o b o th a v et h e i n t e l l i g e n ts w i t h i n gc a p a c i t yw i t ht h ee x t e r n a le n v i r o n m e n t T h i si so n eo ft h em a i nd i r e c t i o n o fd e v e l o p i n go fr o b o t V i s u a ls e r v o i n
10、 gs y s t e mt h r o u g ht h ed e t e c t i o no ft h eo b j e c ti m a g eg e t v i s u a li n f o r m a t i o ni no r d e rt oc o n t r o lt h em o v e m e n to fr o b o t ，w o r ks p a r ec a l lb ea c h i v e da n d o b j e c t i v e si nC a r t e s i a nc o o r d i n a t e si ns p a r er e l a
11、 t i v et ot h el o c a t i o no fc a m e r a s V i s u a lt r a c k i n g w h i c hb a s e do nc o m p u t e ri m a g ep r o c e s s i n ga n da n a l y s i so rc o m p r e h e n do fd y n a m i ci m a g e b e c o m ec o n c e r nt o p i c I m a g ep r o c e s s i n gc o n f r o n tt h ec o m p l e
12、 x i t yo ft h ec h a l l e n g e s P a r a l l e l p r o c e s s i n gt e c h n o l o g yp l a yai m p o r t a n tr o l ei nt h i s t h e r e b y , r o b o tv i s u a ls e r v oc o n t r o li sa f u n d a m e n t a lr e s e a r c hs u b j e c t 、航mv e r yi m p o r t a n tt h e o r e t i c a lr e s
13、e a r c hs e n c ea n di n d u s t r y a p p l i c a t i o np r o s p e c t V i s u a ls e r v os y s t e mo fr o b o ti sac o m p l i c a t e dd o m a i nt h a ti sc o n c e r n e dw i t l lc o m p u t e r v i s i o n ，k i n e m a t i c s ，i m a g ep r o c e s s i n g ，d y n a m i c s ，c o n t r o
14、ls c i e n c ea n dr e a l - t i m ec a l c u l a t i o n T h i sp a p e rs t u d i e st h ev i s u a ls e r v oo fr o b o ta n da n db u i l d sa3 - d e g r e er o b o t i ca r me x p e r i m e n t s y s t e m F i r s t l y , t h ep a p e ra n a l y s e dt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n
15、 t a g e so fv a r i o u sr o b o t i cv i s u a l s e r v os y s t e m s A n d a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ee x p e r i m e n ts y s t e m ，ak i n d o f t w o - c l o s e d - l o o ps t r u c t u r et h a ti n c l u d e sav i s u ac o n t r o l l e ra st h eo u t s
16、i d el o o pa n daj o i n ts e r v o c o n t r o l l e ra st h e i n s i d el o o pi sc h o s e n A c c o r d i n g l y , w ea d o p ti m a g e - b a s e dv i s u a lc o n t r o l p o l i c y i nt h i s p a p e r T h ev i s u a ls u b s y s t e mc o n s i s t so fa 13 9 4c a m e r aa n dap e r s o n a l c o m p u t e r T h es o f t w a r ep r o g r a m sa r ed e s i g n e df o ri m a g ec o l l e c t i o n ，i m a g ee m p h a s i
