陪护机器人基于视觉的物品识别与抓取方法研究

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本论文以国家863高技术项目《助老/助残机器人关键技术研究》的子课题《实用型陪护机器人》为背景,针对助老助残陪护性机器人的视觉伺服抓取任务要求,研究基于视觉的目标识别、伺服控制的算法及其实现方案,最终完成对目标的抓取。   本论文的任务是在助老助残陪护型机器人抓取物品的过程中,首先将摄像机所获取的视觉信息转换成数字图像信息,然后从复杂的家庭环境中识别出物品和机器人执行手臂。本文分别设计了两种不同类型的标签用于识别不同的物品和机器人自身的手臂。通过对标签的颜色、结构、大小等特征识别出相关标签,同时从相关标签中提取出有用的图像特征信息:目标物的重心点、目标物的状态和机器人手臂标签的中心轴;针对实用型陪护机器人本身的特点,本文将整个抓取过程分解成不同的阶段。本文根据本项目的实际情况,结合无标定的视觉伺服算法,通过递推最小二乘法直接完成图像雅可比伪逆矩阵的在线估计,进而计算出机器人关节角的变化量,反馈给助老助残陪护型机器人控制器,控制机器人相应关节运动,通过不断地调整图像雅克比伪逆矩阵各个元素的值,引导机器人在空间内跟踪上目标物,最终完成移动机器人对目标在空间上的抓取。   本论文对多种干扰因素对识别结果的影响进行了试验与分析,实现了在复杂环境下对标签的识别。最后,在HHR-0303机器人实验系统上实现了整个抓取过程,基本能够实现快速稳定的抓取,从而实现了论文的目标。
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