近年来,机器人产业快速发展,小到家庭,大到工业、航天及军事领域都有机器人参与的身影。机械臂是机器人上不可或缺的一部分,是机器人的执行机构,有着很大的研究空间。对于不同的环境,不同目标的机械臂有不同的功能,尤其在航空航天领域,机械臂在星球探索、卫星轨道对接等操作中有着不可代替的作用。随着现在计算机视觉的发展,基于计算机视觉的机械臂的研究十分必要。结合计算机视觉后的机械臂功能将变得更强大,可更方便快捷的执行航天相关任务。本论文的研究对象是在航天器上搭载的七自由度机械臂,通过双目视觉定位目标物的坐标信息,并通过视觉里程计的方法计算机械臂基点的移动轨迹。由于航天器在高空飞行过程中机械臂的基点位置的相对移动或者机械臂自身模型的不精确所带来的不确定性,因此在绝对定位的同时需要相对定位,以确保目标物体的准确位置信息。本文的主要研究内容是:1、通过机械臂的机械尺寸和机械质量建立七自由度的机械臂Modify D-H动力学模型。再根据每个关节转动惯量、关节质量、电机转子转动惯量以及电机转子质量建立动力学微分方程。2、通过双目相机每帧图片像素信息之间的位置差和相机本身的内参、外参,计算出物体的深度信息,从而得出目标物体的三维信息坐标,通过使用opencv函数库,进行双目定位。3、基于建立的机械臂动力学模型,利用序列二次优化算法对机械臂初始值优化,使用MATLAB中的优化函数fmincon函数得到轨迹优化的初值。把机械臂动力学模型代入到高斯伪谱算法中,通过限制机械臂关节角度、角速度、角加速度,同时限制机械臂末端姿态、位置、速度,得出最优轨迹,通过MATLAB仿真计算出每一时刻机械臂各个关节的角度。本文使用七自由度的冗余机械臂,利用计算机视觉的信息,对未知物体进行抓取,得出基于能量的最优轨迹。本次使用的优化算法是序列二次优化以及高斯伪谱优化的双重优化,相对于其他优化算法而言,降低了能量的消耗。同时,还加入了计算机视觉的计算信息,在未知目标物准确位置信息的情况下,可以通过相机之间像素点的差别信息得出物体坐标信息,实时地监控物体的位置情况,进而按照预定的优化轨迹,进行物体抓取。