文档介绍：硕士学位论文
基于图像的空间机器人
视觉伺服技术研究
STUDY ON IMAGE-BASED
VISUAL SERVO TECHNOLOGY FOR
SPACE ROBOT
朱晓俊
哈尔滨工业大学
2011 年 12 月
国内图书分类号:TP24 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开
工学硕士学位论文
基于图像的空间机器人
视觉伺服技术研究
硕士研究生: 朱晓俊
导师: 陈浩耀博士
副导师: 梁斌教授
申请学位: 工学硕士
学科: 控制科学与工程
所在单位: 深圳研究生院
答辩日期: 2011 年 12 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index: TP24
:
Thesis for the Master Degree In Engineering
STUDY ON IMAGE-BASED
VISUAL SERVO TECHNOLOGY FOR
SPACE ROBOT
Candidate: Zhu Xiaojun
Supervisor: Dr. Chen Haoyao
Co-Supervisor: Prof. Liang Bin
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Control Science and 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
摘要
随着空间探索的深入,空间机器人将发挥越来越重要的作用,空间机器人
视觉伺服控制技术成为近年来的研究热点。其中,图像特征提取与路径规划是
视觉伺服技术的关键部分。本文以项目组承担的空间机器人相关项目为背景,
为了实现对合作目标子星的自主捕获,开展了基于图像的空间机器人视觉伺服
技术方面的研究。
本文首先针对空间机器人要执行的合作目标抓捕任务,设计了目标子星的
特征光标,对应此特征光标,图像特征提取中要用到的图像处理方法包括图像
滤波、图像分割、形态学运算等;然后介绍了本文要用到的摄像机模型及相应
的摄像机内外参数标定算法。
其次,论文介绍了的空间机器人的模型和基本坐标定义,以及几种不同情
况下的空间机器人运动学基本方程。通过对空间机器人的特点的分析,提出了
基于图像的视觉伺服控制方法,主要有末端速度规划、关节运动规划、关节控
制方法等;另外分析了机械臂运动对基座的扰动。其中图像雅可比矩阵图像特
征误差到机器人末端速度之间的桥梁,推导了图像雅可比矩阵并对本文设计的
特征光标雅可比矩阵奇异性进行了分析。
最后,针对实际需要,参与搭建了仿真实验平台,包括中央控制器、关节
模拟器、动力学仿真模块、图形仿真模块等部分。在仿真平台上,按照空间机
器人抓捕目标星的流程,开展了基于图像的视觉伺服控制实验,实验中完成了
对目标星的捕获,对实验结果进行了分析讨论,实验结果表明本文所做的研究
是正确可行的。
关键词:视觉伺服;空间机器人;图像雅可比矩阵;路径规划
- I -
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
With the development of space exploration, space robot plays an increasingly
important role in space robotics. Visual servo control technology es a
research hotspot for space robot in recent years. Feature extraction and path
planning are two keys of the visual servo technology. In order to achieve spacial
tasks, such