[发明专利]一种多自由度机械臂视觉伺服系统组建方法

摘要

本发明公开了一种多自由度机械臂视觉伺服系统组建方法,所述方法包括以下步骤第一步，机械臂运动学分析；第二步，机械臂关节控制系统设计；第三步，达芬奇平台的搭建；第四步，图像处理与目标定位；第五步，视觉伺服的实现。本发明的多自由度机械臂视觉伺服系统组建方法，以六自由度PUMA560机械臂为本体构建多自由度运动控制系统，并对其进行有效的运动控制；在运动控制系统的基础上以DM6446达芬奇平台进行视觉信息的采集和处理，提取具有指导性的图像特征；最终将运动控制系统与图像处理系统相结合，构建成为完整的视觉伺服系统。

主权项

一种多自由度机械臂视觉伺服系统组建方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：第一步，机械臂运动学分析，a.完成PUMA560机械臂运动学分析，引入连杆坐标系和其次变换矩阵，并采用改进的D‑H法完成机器人的正运动学分析与仿真，搭建系统运动学模型，经过测试，也得到了精确的结果；b.使用矩阵解析法，在正运动学的基础上，完成机器人逆运动学的分析和仿真，给定机械臂末端位置，就可以精确的求得机械臂各关节的角度值；c.完成运动学分析以及模型的搭建与验证，为视觉伺服系统的搭建提供基础，以便于实现机械臂末端对运动目标的跟踪；第二步，机械臂关节控制系统设计，a.在MATLAB下建立四个关节运动控制系统的控制框图获取控制系统的各个参数，使用双闭环控制系统对关节电机进行有效的控制，采用成熟的PID控制方案配合串联校正的方法，使每个关节都达到了较好的精确性和快速性指标；b.设计了多关节自归位系统，确保初始位置的精确性，在此基础上，通过轨迹规划，使四个独立的关节可以协调的运动，完成视觉伺服课题执行器部分的设计；第三步，达芬奇平台的搭建，a.完成达芬奇平台初期的搭建和研究，通过安装搭建多种通信平台软件和系统，实现达芬奇平台内部ARM核与DSP核的双核通信以及PC主机uBuntu操作系统与ARM片上MontaVista Linux操作系统之间的通信；b.在软件通信平台搭建完成以后，依托达芬奇平台资源，开发多线程并行的视频图像处理应用程序并对每个线程进行介绍；c.在此应用程序的基础上，将进一步开发基于图像特征的运动目标定位程序；第四步，图像处理与目标定位，a.通过CCD相机和达芬奇视频处理子系统前端，完成视频图像的采集以及最初步的图像压缩平衡以及存储；b.在明确图像灰度以及色度信息在内存中的存储格式之后，对图像进行预处理，使图像特征信息更加突出；c.对多种边缘检测算子进行性能和计算量的比较后，采用LoG边缘检测算子对图像进行边缘检测，并利用边缘信息对运动物体的中心点进行定位，利用串口传输并借助单片机和PCI17711板卡，将中心点坐标引入构建在PC主机simulink环境下的控制系统之中，完成目标特征提取以及中心点定位以及坐标发送的工作；第五步，视觉伺服的实现，a.分析说明视觉伺服总系统模型的整体框架，分析多个独立部分的相互联系和分工；b.设计基于共扼梯度算法的BP神经网络控制模型作为系统的视觉控制器，从而给图像处理平台和运动控制系统之间构建精确可靠的连接桥梁，神经网络模型取得了较好的精度；c.将所设计的视觉伺服总系统在PUMA560机械臂上进行实物验证，证明实际应用价值和合理性。