基于视觉和触觉传感的抓取技术研究

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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KUKA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ROS(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Matlab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ROS系统应用于机器人抓取,具有较高的实用价值。
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