双目视觉伺服的4-DOF机械手臂运动控制

2019年 第1期仪表技术与传感器Instrument Technique and Sensor 2019 No.1

基金项目:国家自然科学基金项目(U1404612);河南省创新型

科技人才队伍建设工程项目(CXTD2016054);河南理工大学教

改研究项目(2016YJP03,2017JG026);大学生创新训练计划(201610460022,201710460011)收稿日期:2017-11-28双目视觉伺服的4-DOF 机械手臂运动控制

张新良,冷正明,赵运基,付陈琳

(河南理工大学电气工程与自动化学院,河南焦作 454000)

摘要:为了解决多自由度机械手臂由于目标放置偏离而引起的抓取任务失败问题,给出了一种基于双目立体视觉的目标识别与定位控制方法三以抓取矩形轮廓的目标物体放置于矩形目标位置为控制任务,基于双目视觉目标图像信息,分析了目标特征参数提取二识别二匹配以及目标空间位姿测量的方法三结合四自由度(4-DOF)机械手臂硬件控制系统,运用改进D -H 参数法建立了机械手臂正运动学模型,并通过逆运动学方法将目标位姿转化为机械手臂的控制指令,实现对目标抓取和放置的运动控制三实验结果表明,该视觉伺服的机械手臂运动控制系统能够准确二稳定地实现抓取和放置任务,定位精度高,对工业机器人在分拣二装配中的运动控制研究和应用有重要的参考价值三

关键词:双目视觉;机械手臂;目标识别;空间位置;动力学模型

中图分类号:TP24 文献标识码:A 文章编号:1002-1841(2019)01-0081-05

Motion Control of 4-DOF Manipulator with Serving Binocular Vision ZHANG Xin-liang,LENG Zheng-ming,ZHAO Yun-ji,FU Chen-lin (College of Electrical Engineering and Automation ,Henan Polytechnic University ,Jiaozuo 454000,China )

Abstract :In order to solve the problem that the multi-degree-of-freedom robot arm failed in the fetching task due to the devi-ation of the target placement,a binocular vision approach was proposed for the target recognition and positioning.The control task was to place the target object of grabbing the rectangle contour at the rectangular target position.Based on the image information of binocular vision,the methods of extraction,recognition,matching and measurement of spatial pose of the target were https://www.360docs.net/doc/a66832486.html,bined with the 4-DOF mechanical arm hardware control system,the forward kinematics model of mechanical arm was estab-lished by using improved D -H parameter method.The object pose is transformed into the control instruction of the robot arm through the inverse kinematics method to realize the motion control of grabbing and placing the object.The experimental results show that the motion control system of the robot arm of visual servo can accurately and stably realize the grabbing and placement tasks,and the positioning accuracy is high,which is of great reference value for the study and application of motion control of in-dustrial robots in sorting and assembly.Keywords :binocular vision;manipulators;target recognition;spatial position;kinetic model

0 引言

多自由度机械臂和工业机器人越来越多地应用

于生产制造二机械加工二零件分拣及货物搬运等领域,

这类机器人通过精确的示教作业,能完成复杂的点到

点的动作,极大提高了生产加工效率[1]三然而传统的示教方法在生产环境和被控对象变化时,容易引起目

标位置和姿态偏差,进而导致产品加工不合格或机器

人任务执行失败[2]三为了保证机器人对生产环境的变化具有适应性,有必要引入目标识别和定位技术实

时获取目标位置和姿态的变化,自动调整执行机构位姿,减少生产准备时间三基于机器视觉的目标识别和定位是其中一种重要的方法,其基于采集的含有目标物体的场景图像,结合摄像机的标定参数,利用空间几何映射关系,计算得到目标物体几何尺寸二形貌和位置等参数,具有非接触二动态响应快二效率高等特点,在场景建模[3]二目标识别[4]以及生产线上工件尺寸的在线测量[5]等有广泛的应用三相比于单目视觉技术,双目视觉不存在盲区,拥有更丰富的深度信息,可以解决大范围空间尺寸三坐标的现场测量问题三因此,基于双目视觉技术的机械手臂目标定位系统,在摆放二装配二采摘等作业中具有更广泛的应用价值[6-7]三本文以矩形目标物体为例,结合四自由度(4-DOF)的机械手臂执行机构,研究了基于双目立体视觉