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研究生: 蔡文霖
Wen-Lin Tsai
論文名稱: 全向輪移動式雙臂機器人之影像導引控制
Visual Guided Control of Omni-directional Mobile Robot System
指導教授: 黃緒哲
Shiuh-Jer Huang
口試委員: 郭重顯
Chung-Hsien Kuo
林紀穎
Chi-Ying Lin
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2015
畢業學年度: 103
語文別: 中文
論文頁數: 89
中文關鍵詞: 立體視覺全向式移動平台模糊滑動模式控制
外文關鍵詞: Stereo vision, Omni-directional platform, FSMC
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  • 本研究整合可程式化邏輯閘陣列(FPGA)機器人運動控制系統與PC-Based立體視覺辨識系統,達到視覺導引機器人平行運算及控制的目標。透過Bumblebee影像擷取系統取得影像資訊,再由嵌入式工業電腦搭配OpenCV函式庫進行影像處理,從中提取目標點與目標物角度之影像空間三維資訊。透過座標投影的方式將所取得之影像空間座標投影至機器人手臂運動座標與全向輪移動式平台之空間座標,將此資訊透過通用非同步收發傳輸器(UART)傳至FPGA機器人運動控制系統,並以模糊滑動模式控制器(FSMC)進行運動控制,達成影像導引之運動控制。其中運動控制包含機器人手臂與影像系統的手眼協調控制以及平台與目標物之位置角度定位控制。最後將以此機器人系統完成手持插頭插入電源插座之任務。


    In this thesis, Field Programmable Gate Array(FPGA) and embedded industrial controller are composed, which is used to control the robot and build a 3D-visual identity system respectively. In order to known the position of the target, Bumblebee and embedded industrial computer are used. Bumblebee is used to capture the image of the target, then processing the image by using the function in OpenCV. Since we get the information of the target in the image, we use coordinate projection to transfer the image coordinate to global coordinate. This data will be sent to robot control system by UART. According to this data, we can use the FSMC to control the robot, including hand-eye coordination control and position control. Finally, we make the robot to plug in to verify the system.

    摘要 I Abstract II 致謝 III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 X 第一章緒論 1 1.1 文獻回顧 1 1.2 研究動機與目的 2 1.3 論文架構 3 第二章系統架構 4 2.1 系統簡介 4 2.2 視覺系統 5 2.2.1 ARK-3500嵌入式工業控制器 5 2.2.2 影像擷取系統 6 2.3 運動控制系統 7 2.4 全向移動式雙臂機器人 9 第三章運動學分析 13 3.1 雙臂機器人運動學分析 14 3.1.1 連桿座標系統與機械手臂參數 14 3.1.2 正向運動學 18 3.1.3 反向運動學 19 3.1.4 梯形速度規劃 22 3.2 全向式移動平台運動學分析 28 第四章立體視覺系統 30 4.1 原始影像前處理程序 31 4.1.1 影像灰階化 31 4.1.2 相機參數提取 32 4.1.3 畸變校正與等極線平行校正 33 4.2 三維座標計算 38 4.3 影像處理方法 41 4.3.1 自動二值化 41 4.3.2 ROI(Region of Interest)提取 42 4.3.3 形態學處理 44 4.3.4 高斯平滑濾波器 46 4.3.5 邊緣檢測 47 4.4 座標空間轉換 48 4.4.1 影像三維座標與機器人手臂運動座標轉換 48 4.4.2 影像三維座標與平台座標轉換 50 4.5 影像資訊提取 53 4.5.1 實驗環境介紹 53 4.5.2 目標點抓取 54 4.5.3 角度提取 56 第五章機器人運動控制與策略 59 5.1 模糊滑動模式控制 60 5.2 平台控制策略 64 5.3 機器人控制策略 65 第六章實驗結果與討論 66 6.1 立體影像誤差分析 67 6.2 機械手臂運動控制 69 6.3 立體視覺與機械手臂對應 74 6.4 全向輪移動平台控制 75 6.4.1 全向輪移動平台之位置控制 76 6.4.2 全向輪移動平台之角度控制 78 6.4.3 全向輪移動平台之位置角度控制 80 6.5 插頭插入插座任務 82 第七章結論與未來展望 83 7.1 結論 83 7.2 未來展望 84 參考文獻 85

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