基于图像的机器人视觉伺服控制研究

作     者：唐润宏 

作者单位：北京工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈文楷

授予年度：2007年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：机器人 松下交流伺服系统 PMAC运动控制卡 DSP图像处理系统 FCMAC 

摘      要：基于图像的机器人视觉伺服控制研究包括机器人系统部分、松下交流伺服系统部分、PMAC运动控制卡部分、DSP图像处理系统部分、基于图像的FCMAC控制仿真部分和系统综合实验部分。 本文的机器人是一个具有两个旋转关节的平面机器人,它只能在x、y方向运动,关节由松下交流伺服电机驱动,采集图像的CCD摄像头安装在机器人第二根杆的末端。本文建立了基于图像的机器人视觉伺服系统数学模型,绕过三维坐标的变换,建立了描述图像坐标变化与机器人关节角度变化关系的图像雅可比矩阵和其逆阵,并将其应用到基于图像的视觉伺服中。 松下交流伺服系统是一种全数字高精度的交流伺服控制系统,它直接驱动机器人的两个关节,接受PMAC卡输出的转矩指令,反馈关节电机的编码器信号。PMAC卡是一种采用DSP芯片作为主要运算单元,相对独立、实时性高的运动控制卡,通过与松下交流伺服系统的配合,根据主控程序的指令控制机器人关节的运动。 DSP图像处理系统处理CCD摄像头摄取的目标物体彩色视频图像,首先将其变成灰度图像,经过图像二值化、中值滤波、边界提取算法得到圆形物体的边界,再经过点Hough变换法求取质心坐标,通过串口传递给工控机主控程序,形成视觉伺服循环。 FCMAC是一种模糊的小脑模型控制器,本文将其应用到基于图像的机器人视觉伺服系统仿真中来,建立了控制系统,仿真结果表明该系统对直线目标、曲线目标都有良好的跟踪和伺服能力。 根据要实现的功能,合理配置硬件系统,融合软件环境,编写控制程序,在实际机器人系统中实现了基于图像的机器人视觉伺服控制。