微操作机器人视觉与误差2分析研究2印码机

微操作机器人视觉与误差(2)分析研究（2）

微操作机器人视觉与误差(2)分析研究（2） 2012年09月05日 2 轨迹规划 轨迹规划是根据任务命令，规划机器人手臂末端的运动来完成预定任务，进而形成各火节的期望轨迹。根据图像叫J特征点的位置实现轨迹规划是机器人视觉闭环控制的基础。2．1 坐标系的选取和讨论 由于微操作机构微位移的运动特点，为了保证运算过程叫J的舍入误差、测量误差和其他累计误差对运动精度的影响，使用相对坐标系。与轨迹规划相关的坐标系主要包括：显示器坐标系，镜头坐标系、微操作针坐标系和并联机构坐标系。本系统采用的是基于图像反馈的闭环操作系统，特征点的计算都是基于图像系统的，因此采用计算机显示器坐标系是计算的基础和起始点。2．2 图像雅克比矩阵 目前存在的基于图像的机器人视觉跟踪方法大部分是建立在图像雅克比矩阵的基础上的。图像雅克比矩阵描述了机器人空间的运动与图像特征空间中的运动之间的关系，可表示为：

2.3特征点的选取 目前使用最多的是点特征和面积特征。为了快速抽取图像特征多数系统采用特殊设计的或有明显特征的物体作为目标。对于这个细胞穿刺系统中，操作针的特征突出，针尖位置容易确定，具有作为局部特征的重要特点。细胞可以选择距离右边界最近的点做为特征点，如图6。

2．4轨迹规划 本系统采用直线轨迹规划的方法。沿直线轨迹运动可以描述成“相对于当前位置4，沿直线以速度v运动至位置B。首先，建立坐标系，如图7所示，E点为没有向压电陶瓷驱动器施加电压时操作针末端点的位置，即初始位置，a点是直线轨迹规划的起始位置，b点是规划的终止位置。

3 误差分析 微操作机器人系统的误差源主要分布于执行机构、驱动控制单元、显微视觉控制单元中。3．1 柔性铰链误差 柔性铰链结构参数误差、材料技术参数误差及各柔性铰链之间的组合误差直接影响着微操作机器人的最终结果。由于柔性铰链是依靠材料的弹性变形产生的运动，因此存在铰心位不易崮定、应力集中、应力大小随关节位置变化等各种不确定因素，使形变难以产生理想的运动状态。微操作机器人是高度耦合弹性体，运动产生的内力作用的机构本体上会产生弹性变形。这些都将影响到微操作机器人的末端精度。3．2 关节级驱动控制系统误差 关节控制系统中，A／D和D／A转换器位数、功率放大器的输出误差、压电陶瓷的洄滞及蠕变误差、压电陶瓷之间的耦合误差等将直接影响微操作机器人的运动精度。因此，除建立精确的运动控制数学模型外，在微操作机器人控制中必须引入视觉伺服，构成全局闭环控制，并提高图像处理速度。3．3显微视觉控制系统误差 本系统是基于图像的视觉伺服系统(如图8所示)，该系统的特点是其伺服误差直接定义在图像特征空间，即摄像机观察到的特征信息直接用于反馈，不需要对三维姿态进行估计。4 总结 本系统是对三自由度微操作并联结构和显微视觉在内的微操作系统的深入研究，对显微视觉控制以及系统误差部分进行了比较系统的探讨。它根据实验得到的轨迹运行情况和特征点的选取，得出轨迹规划的具体方法；为提高微操作机器人系统的精度，充分分析误差产生的几大因素，包括视觉装置、驱动装置，动力传递装置、控制系统、加工设计等各个方面，给出改进方法或者建立模型，提高系统整体操作度；完善了微超声振动切剖机器人系统，实现以视觉为基础的闭环伺服控制，全面提高整体系统的精度和自动化等。

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