基于多机协调和宏微视觉的微装配机器人理论和技术研究

微装配机器人拓展了人类对微观世界的操作能力，研究其理论和实用化技术具有重要的科学意义和实用价值。.本项目旨在为亚毫米级零部件的复杂装配任务提供一种具有较高自动化水平和实用价值的机器人系统。围绕从决策和控制层面提高此类机器人自动化装配能力的目标，以微装配任务操作特性分析为基础，通过对此类机器人的多机械手任务自组织与优化策略、运动学在线建模与规划、以及宏微图像融合与控制等基础理论和关键技术的研究，建立一套机器人决策和控制的机制及实现算法。.项目的研究将促进微装配机器人理论和技术的发展，提高微装配机器人的自动化和智能化水平，推动其实用化进程。

通过对项目所拟订研究内容和关键技术的研究，本项目主要取得以下研究成果。.(1) 以双臂协调的微操作机器人为对象，采用主－从臂协调形式，给出了双臂机器人的一般运动学约束条件；推导和建立了主、从臂的位姿约束条件及速度约束条件；提出了一种能有效克服局部极值问题的改进Hopfield网络，实现了逆运动学问题的求解。. (2)依据速度、加速度的约束和最大容许值条件，建立了机械手基于时间放缩法的关节轨迹修正方法；以双手协调机械手为对象，提出了旨在减小协调误差的基于中间结点的主、从手轨迹修正方法；针对多手协调的运动干涉问题，提出了基于改进人工势场法的机器人避障策略；基于以上相关方法，解决了双手协调跟踪复杂边缘的典型应用问题。.(3)通过基于视觉检测的单关节摄动方法实现了机械手基于Denavit－Hartenberg模型的参数估计；根据极线几何约束，通过求解摄像机不在同一平面上的平移运动所对应的极点，建立了考虑径向二阶畸变的摄像机内参数的非线性方程组，给出了求解和标定的实现步骤；基于P3P测量原理提出了一种简单的标定算法，实现了固定手眼结构的摄像机外参数的标定。.（4）基于Wiener滤波器及圆盘函数重点解决了离焦模糊图像的复原问题；提出了一种基于图像分析的显微视觉自动调焦算法；研究了复合视觉引导与伺服控制，将机械手在微操作中的位姿调整归结为使其末端上三点运动到指定空间三点的问题，给出了基于距离和角度等图像特征的误差估计方法，提出了基于图像雅可比的机械手运动模型及控制策略。.（5）面向亚毫米级微零件装配任务，提出了一种具有复合视觉和采用三手协调结构的微操作机器人系统结构方案，并开发了相应的样机。.（6）利用样机对所提出的方法进行了验证。样机运行和验证实验表明，本项目所提出的相关方法和算法正确、有效。