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双目立体测量系统中数控平台的设计与标定

作　者: 王世宙
导　师: 王宏涛
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 双目立体测量 数控平台 DMC2410控制卡 STC89C58RD+单片机 红外遥控 标定
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


双目立体测量系统利用两个摄像机从不同角度同时获取同一景物的两幅图像,通过计算空间点在两幅图像中的像差来获得其三维坐标值,广泛应用于物体三维轮廓测量中。为获得样件的整体轮廓数据,数控平台常作为样件载体用于双目立体测量系统中。本文设计了一种用于双目立体测量系统的四轴数控平台的机械结构和控制系统,其中数控平台的控制可以由有线或无线控制方式实现,并研究了实现数控平台轴线标定的方法。完成的具体工作内容如下:⑴运用三维造型软件UG设计了四轴数控平台的机械结构。数控平台作为样件的载体,能够实现二维移动和二维转动的功能。⑵设计了数控平台有线控制系统。采用四轴控制卡DMC2410控制两个步进电机驱动数控平台的二维移动和两个伺服电机驱动数控平台的二维转动,使用光电编码器实现数控平台转角的闭环控制。利用WINDOWS操作系统数控平台和Visual C++ 6.0设计了数控平台有线控制软件,实现了数控平台的运动方向、位移、角度及速度控制。⑶设计了数控平台无线控制系统。运用HT6221芯片和STC89C58RD+单片机设计了一种实现数控平台旋转方向和角度控制的红外遥控装置,该红外遥控装置由手持遥控器和遥控接收解码模块组成;编制了红外遥控的编码和解码、数控平台控制等软件程序。⑷实现了数控平台轴线的标定。用ATOS?光学坐标测量系统测量黏贴在数控平台表面上圆形标靶点的坐标,利用数控平台两次旋转前后ATOS?测得的对应标靶点的三维坐标计算出待标定数控平台轴的位置,结合多次计算出的数控平台轴位置优化确定轴线的最终位置,进一步提高了标定精度,并对标定结果进行了分析。实验证明,采用本文设计的数控平台控制系统,无论是有线控制还是红外遥控数控平台,都能够实现数控平台旋转方向和角度的良好控制,满足利用双目立体测量方法测量三维表面轮廓数据的需求。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章 绪论  12-16
  1.1 引言  12
  1.2 课题的研究背景和意义  12-14
  1.3 论文的工作内容和章节安排  14-16
    1.3.1 工作内容  14-15
    1.3.2 章节安排  15-16
第二章 数控平台的整体设计方案  16-19
  2.1 测量系统中数控平台的工作过程  16-17
  2.2 数控平台的硬件整体结构  17-18
  2.3 数控平台的控制软件组成  18-19
第三章 数控平台有线控制系统设计  19-29
  3.1 四轴数控平台机械结构设计  19-23
    3.1.1 电机及其驱动器的选择  19-22
    3.1.2 光电编码器的选择  22-23
    3.1.3 原点开关及限位开关的选择  23
  3.2 四轴运动控制卡的选择  23-26
    3.2.1 控制卡控制系统的总体框架  24-25
    3.2.2 控制卡接口的硬件接线  25-26
  3.3 控制界面的设计  26-29
第四章 数控平台红外遥控系统设计  29-42
  4.1 红外遥控原理  29-31
    4.1.1 红外遥控信号的发射和编码原理  29-31
    4.1.2 红外遥控信号的接收和解码原理  31
  4.2 红外遥控系统电路设计  31-39
    4.2.1 手持遥控器设计  31-36
    4.2.2 红外接收模块设计  36-37
    4.2.3 单片机控制电路  37-39
  4.3 红外遥控系统程序设计  39-42
    4.3.1 单片机解码程序设计  39-40
    4.3.2 单片机控制电机程序设计  40-42
第五章 数控平台中心轴线的标定  42-54
  5.1 三维点云拼合基本思想  42
  5.2 数控平台的标定方法  42-43
  5.3 求数控平台中心轴线位置  43-48
    5.3.1 三维点云拼合的坐标变换关系  43-46
    5.3.2 由坐标变换关系反求轴线位置与旋转角度  46-48
  5.4 优化确定旋转轴位置  48-52
    5.4.1 优化旋转轴上一点  48-51
    5.4.2 优化旋转轴的轴线方向  51-52
  5.5 数控平台中心轴线标定软件模块的设计  52-54
第六章 实验结果与误差分析  54-62
  6.1 数控平台中心轴线标定实验  54-58
    6.1.1 数控平台X 转轴的标定实验  55-56
    6.1.2 数控平台Z 转轴的标定实验  56-58
  6.2 轴线优化结果分析  58-62
第七章 总结与展望  62-64
  7.1 总结  62
  7.2 展望  62-64
参考文献  64-68
致谢  68-69
攻读硕士学位期间发表（录用）论文情况  69

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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