面向两级协同测量机器人的轨迹规划方法研究

发布时间：2023-04-28 21:46

　　智能制造的发展促进了机器人的发展,在制造业的后端,产品的智能三维检测也显得越来越重要。随着机器人技术和视觉测量技术的发展,使用机器人搭载视觉传感器对物体进行三维测量的技术得到广泛研究。然而传统的三维视觉方法主要依靠工人示教的方式,比较依赖工人的经验,检测的方法难以标准化。因此研究一种不依靠先验的待测物体的三维模型而能够根据物体形状智能规划机器人的扫描路径对物体进行检测的测量系统具有十分必要的意义。根据以上背景,本文提出了两级协同测量方法,先通过多Kinect采集物体点云进行一级粗测,得到机械臂的扫描路径后,再使用搭载线结构光传感器的机械臂对物体进行二级精密测量。对于测量模型建立、多Kinect点云配准、扫描路径规划和机械臂运动规划等关键问题进行了研究。以下是主要研究内容。建立了六自由度机械臂的正向运动学模型和线结构光传感器的测量模型,建立了三维测量系统的测量模型;Kinect测量范围广但精度达不到最终测量精度,单个Kinect的视角限制无法采集物体完整三维信息,因此使用三个Kinect布置在工作空间周围得到三个角度的工作空间点云再将其使用ICP算法配准,根据待测物的大小和传感器测量范围...

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 课题主要研究内容
第2章 三维测量系统模型与机械臂扫描路径规划
    2.1 三维测量系统数学模型
        2.1.1 机械臂正向运动学模型
        2.1.2 线结构光传感器数学模型
        2.1.3 线结构光传感器测量特点
        2.1.4 测量系统整体模型
    2.2 Kinect传感器
        2.2.1 Kinect介绍
        2.2.2 多Kinect布置
        2.2.3 Kinect图像获取与标定
    2.3 点云预处理
        2.3.1 PCL介绍
        2.3.2 点云坐标变换
        2.3.3 点云下采样
        2.3.4 点云直通滤波
    2.4 多Kinect点云配准
        2.4.1 点云配准原理
        2.4.2 ICP算法介绍
        2.4.3 基于ICP算法的多点云逐步配准
    2.5 机械臂扫描路径规划
        2.5.1 物体表面法向量计算
        2.5.2 机械臂扫描位姿确定
        2.5.3 机械臂扫描路径规划
    2.6 本章小结
第3章 机械臂运动规划方法研究
    3.1 NURBS曲线数学基础
        3.1.1 B样条曲线定义
        3.1.2 NURBS曲线定义
        3.1.3 NURBS曲线求值方法
    3.2 NURBS曲线插补算法
        3.2.1 NURBS曲线反算控制点和权因子
        3.2.2 NURBS曲线插补
    3.3 基于四元数的球形线性姿态插值
        3.3.1 四元数的定义
        3.3.2 四元数表示旋转
        3.3.3 四元数球型线性插值
    3.4 本章小节
第4章 测量系统设计与实验
    4.1 测量平台软硬件实现
        4.1.1 测量方案
        4.1.2 系统硬件平台搭建
        4.1.3 基于ROS的机械臂平台建立
        4.1.4 测量系统软件平台实现
    4.2 基于多Kinect的机械臂扫描路径实验
        4.2.1 Kinect内参标定与手眼标定
        4.2.2 点云预处理实验
        4.2.3 多Kinect点云配准与机械臂扫描路径实验
    4.3 机械臂运动规划仿真
        4.3.1 基于NURBS曲线的机械臂末端位置插值
        4.3.2 基于四元数的机械臂末端姿态插值
        4.3.3 基于MoveIt的机械臂运动规划仿真
    4.4 本章小节
结论
参考文献
致谢



本文编号：3804542