基于视觉和触觉传感的抓取技术研究-机械电子工程专业论文.docxVIP

Classified Index: TG580.692 U.D.C: 621 Thesis for the Master Degree of Engineering RESEARCH OF GRASP TECHNIQUE BASED ON VISUAL AND TACTILE SENSING Candidate： Yu Bin Supervisor： Associate Prof. Liu Shoubin Associate Supervisor: Hu Ying(Research Fellow) Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Mechatronics Engineering Affiliation： Shenzhen Graduate School Date of Defence： December, 2011 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -I- -I- 摘 要 抓取是机器人对 环境中的物体 进行操作的 一种重要方 式，它是一个 涉及 机器人运动学、 视觉测量技术 和传感器信 号处理等多 个学科的交叉 课题，是 机器人进行更复 杂应用的重要 前提，可以应用于 工业生产线上 进行零件装 配， 也可以应用于商 业进行配餐和 整理餐桌， 甚至可以成 为普通家庭的 消费品， 具有广阔的应用 前景，同时也 具备市场化 的潜力。随 着传感器技术 的发展， 基于视觉和触觉传 感的抓取研究 成为了一个 热点。 本文首先搭建了 一个抓取实验 平台，使用 K UK A 机械臂和一个二指 机械 手作为机械本体 ，使用视觉传 感器和触觉 传感器作为 重要传感单元 。然后研 究了使用 SIFT 特征算子检测 目标和使用 点相关位姿 测量方法测量 目标物体 位姿的方法，在 目标物体被遮 挡时，使用 安装在机械 臂末端的单目 摄像机和 红外测距传感器辅 助引导机械臂 接近目标并 进入预抓取 位姿。 通过建立二指机 械手抓取的力 学模型，分 析了手指变 形与受力之间 的关 系，并使用有限 元分析方法， 对手指表面 的橡胶垫片 进行了超弹性 体分析， 得出了有利于触觉 传感器测量的 垫片结构。 本文基于 RO S(Robot operating System)设 计了一个模 块化的控制系 统， 将系统划分为四 大功能模块， 模块以节点 的形式存在 并采用话题和 消息的方 式进行通信，实 现不同语言之 间的通信。 最后设计了 一个抓取实验 ，完成从 关闭的柜门里取 物的实验，测量得到的触 觉传感器数 据导入 Mat lab 进行了处 理分析，得出了更 加适合用于抓 取状态判断 的信号特征 。 本文对视觉和触 觉传感应用于 抓取的研究 具有一定的 理论价值，将 RO S 系统应用于机器人 抓取，具有较 高的实用价 值。 关键词：双目视觉 ；机械臂；运 动学；有限 元；触觉传 感；信号处理 -II- -II- Abstract Grasping is a n essentia l way o f robot to operate objects in the environment, as well as it is a cross-disc iplinary subject which is involved w ith robot kine mat ics, vis ual measure ment techno logy and sensor signa l processing. As an important prerequis ite for robot to have more complex applicat ions, grasping can be used for components assemb ly in industr ia l product ion line, as well as catering and commerc ial finishing table, or even applying for fa mily services, and therefore has broad applicat ion prospects and suffic ient research va lue. In recent decades, great changes have taken place in sensor techno logy, grasping r