【摘 要】
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服务机器人是未来机器人发展的一个重要分支,服务机器人最为典型的任务是辅助人类抓取、放置物品,然而服务机器人的使用场景为非固定场景,如何能够做到快速稳定地避开障碍物实现抓取将会是服务机器人的难点。故本课题选取的基于视觉获取目标物和障碍物实现机械臂避障抓取具有较大的实用价值和理论意义。本课题选取人工势场法来实现避障路径规划抓取。首先,本文对实验的视觉系统进行了设计与研究,对使用Kinect相机的彩色相
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服务机器人是未来机器人发展的一个重要分支,服务机器人最为典型的任务是辅助人类抓取、放置物品,然而服务机器人的使用场景为非固定场景,如何能够做到快速稳定地避开障碍物实现抓取将会是服务机器人的难点。故本课题选取的基于视觉获取目标物和障碍物实现机械臂避障抓取具有较大的实用价值和理论意义。本课题选取人工势场法来实现避障路径规划抓取。首先,本文对实验的视觉系统进行了设计与研究,对使用Kinect相机的彩色相机和红外相机做了相机标定,得到两个相机各自的畸变参数,为后续的彩色图像和深度图像对齐做准备（深度图像由红外相机获取）。对搭建的Eye＿To＿Hand实验平台进行手眼标定。对轻量型机械臂建系,对其正运动学进行推导,逆运动学采用牛顿迭代法进行求解,并使用机械臂进行验证。其次对点云做了相关研究处理,预处理包括直通滤波、半径滤波等,对获取的点云数据采用随机采样一致性算法来实现平面分割,对剩余的点云使用欧式聚类实现聚类分割,通过彩色图像的识别确定目标点位置,通过图像对齐找到点云中的对应点,实现目标点云的查找。对目标点云参考标准点云进行SAC-IA粗配准和ICP精配准得到目标姿态。最后,用获取的目标物和障碍物建立仿真环境,采用改进的人工势场法进行避障轨迹规划。实验中设定控制点受到斥力在某点的大小与目标物到障碍物的距离、引力系数、斥力同引力的比值相关,通过调整斥力、引力公式有效解决了因为引力过大而导致的远处无法避障问题和因目标物靠近障碍物而使得目标不可达的问题。对生成的避障路径求其拐点位置,并对拐点进行筛选,使用末端插值生成最终机械臂的执行轨迹。经仿真和实验验证,该方法与原势场法相比出错率更低,证明算法切实可靠,能够有效快速的实现避障。
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