空間機(jī)械臂艙上運(yùn)動(dòng)位姿測(cè)量系統(tǒng)研制.pdf

1、隨著人類(lèi)對(duì)宇宙空間的不斷探索，空間機(jī)械臂的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，而對(duì)機(jī)械臂的研究首先應(yīng)該在地面上進(jìn)行相應(yīng)的模擬試驗(yàn)。模擬試驗(yàn)需要對(duì)機(jī)械臂仿真出空間中的零重力狀態(tài)，實(shí)際在地面實(shí)驗(yàn)時(shí)機(jī)械臂有一個(gè)向下的重力，模擬零重力就需要將這個(gè)重力給完全消除。機(jī)械臂一般采用吊繩懸吊，而隨著機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)，不能保證吊繩始終鉛垂向下，所以需要對(duì)吊繩的鉛垂?fàn)顟B(tài)給出一個(gè)精確的測(cè)定，本課題設(shè)計(jì)了一套基于單目視覺(jué)的位姿測(cè)量系統(tǒng)對(duì)懸吊機(jī)械臂的吊繩狀態(tài)進(jìn)行精確測(cè)定。
　　

2、首先，對(duì)系統(tǒng)的整體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括測(cè)量原理建模，系統(tǒng)硬件組成，軟件算法的選取。因?yàn)樵趯?shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)需要對(duì)吊繩的狀態(tài)實(shí)時(shí)有效的測(cè)量，這就使得對(duì)硬件的要求比較高，這里我們選用的是美國(guó)軍方實(shí)時(shí)硬件設(shè)備 NI EVS-1463嵌入式視覺(jué)系統(tǒng)，它具有穩(wěn)定實(shí)時(shí)的特點(diǎn)。此外對(duì)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障模式進(jìn)行估計(jì)，并對(duì)各故障提出相應(yīng)的處理方法。
　　其次，對(duì)單目視覺(jué)測(cè)量原理進(jìn)行了建模。其中，圖像特征點(diǎn)提取方法采用雙閾值法；位姿解算算法首先建立靶點(diǎn)在相機(jī)坐

3、標(biāo)系下的坐標(biāo)測(cè)量模型，并求取相機(jī)坐標(biāo)系和靶標(biāo)坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)平移矩陣關(guān)系，從而獲得位姿測(cè)量結(jié)果，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證此算法的正確性。
　　然后，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件功能及框架進(jìn)行設(shè)計(jì)，軟件包括相機(jī)與EVS之間、EVS與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)；各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)，包括主程序的模塊設(shè)計(jì)和各子模塊的功能設(shè)計(jì)；為了很好的實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)潔的人機(jī)交互界面，包括數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ)和各控制功能指令。硬件對(duì)系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包