【摘 要】
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近年来,搭载多自由度机械臂的移动机器人被广泛应用于反恐排爆、灾难救援、空间探索、国防军事等领域,辅助人类执行危险环境下的作业。但是多自由度机械人的全手动操控复杂,因此研究机器人自主作业系统,提高机器人的自主化与智能化程度,是机器人控制系统研究领域的热点之一。针对上述热点问题,本文研究设计了一套移动机器人自主作业系统,使机器人具备对目标物的自主抓取能力,提高了抓取成功率与速度,弥补了人工操作的不足。
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近年来,搭载多自由度机械臂的移动机器人被广泛应用于反恐排爆、灾难救援、空间探索、国防军事等领域,辅助人类执行危险环境下的作业。但是多自由度机械人的全手动操控复杂,因此研究机器人自主作业系统,提高机器人的自主化与智能化程度,是机器人控制系统研究领域的热点之一。针对上述热点问题,本文研究设计了一套移动机器人自主作业系统,使机器人具备对目标物的自主抓取能力,提高了抓取成功率与速度,弥补了人工操作的不足。本文主要工作内容如下:（1）针对搭载六自由度机械臂的排爆机器人准确快速抓取物体的需求,以立体深度相机为视觉传感器,对机器人自主作业中涉及的环境感知、抓取位姿检测识别、视觉SLAM等问题进行了研究与实验,实现了机械臂手动点选辅助抓取、自主抓取等功能。（2）从软硬件层面对移动机器人自主作业系统进行整体方案设计,在小孔成像模型理论基础上完成对两种立体相机的标定,获得三维点云图像并实现了辅助抓取功能;对机械臂末端的几何外形进行建模,提取与抓取相关的几何信息用以筛选抓取采样点,得到合理的抓取位姿集合;以邻域搜索的方式为抓取位姿赋予不同的权值,筛选出权值最高的抓取位姿作为最佳抓取位姿,实现了自主抓取功能,并进行了仿真实验。（3）基于ROS架构设计自主作业系统软件方案,编写模块化的自主作业核心功能节点;使用QT框架编写自主作业系统的人机交互界面;选择具有典型外形特征的物体,设计了机械臂手动抓取、辅助抓取、自主抓取多组实验,以及视觉SLAM测试实验,结果表明自主作业系统能够控制机器人快速准确地抓取目标物体,可以满足应用需求。
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