基于工业机器人的结构件柔性定位技术研究

发布时间：2020-04-06 13:42

【摘要】：工业机器人与立体视觉的融合在自动化领域中应用广泛,它已成中国制造业自动化领域的一个重要话题。为了使工业机器人能够进行更复杂的工作,工业机器人不仅需要具有好的控制系统,还需要具有更强的环境感知能力。机器视觉技术是工业机器人重要的感知技术之一,基于视觉辅助的工业机器人能够更好的实现机器人的柔性作业。论文开篇概述了基于视觉的工业机器人定位系统的系统设计方案、硬件结构和作业工艺流程,后文对系统的末端执行器设计和立体视觉定位系统进行了研究,包括:1.阵列式末端执行器设计以具有脆性材料、曲面外形、规格不一等特性的飞机装配中的结构件为应用对象,为了实现对工件的柔性定位抓取与装配加压等功能,设计了一款具有阵列式执行机构的真空吸附式末端执行器。提出了一种通过对特性相似工件进行层次聚类来设计每一类工件专用末端的末端设计方案,并以有限元仿真和多元非线性回归相结合的方式研究了末端阵列式执行机构的布局优化方法。2.多相机结构与标定针对视觉测量工作存在的问题,采用4个相机构成了Eye-in-Hand工业机器人视觉系统,通过研究视觉系统结构参数对测量精度的影响来指导多相机系统的硬件结构布局。针对多相机的视觉系统结构存在的公共视场较小、视场遮挡等问题,提出了一种基于自识别标记的多相机标定方法。3.特征提取与位姿估计视觉系统的测量对象为粘贴在工件上的圆形反光标记点,因此椭圆中心的提取成为了视觉测量的关键。本文的椭圆拟合算法采用了两步法策略,第一步采用改进后Hough变换实现了对椭圆的粗拟合,第二步基于最小二乘思想实现了对椭圆的精拟合。基于工件的先验知识和视觉系统的三维测量,最终的工业机器人定位问题转变为3D-3D的位姿估计问题,本文以BA优化算法来求解位姿的最优解。
【图文】：

图 3. 4 受力方差与阵列个数关系拟合曲线合的曲线方程为：1.431y 77.083x 列点数的增加，工件受力的方差逐渐减小，即受力越来越均匀，而且当候，方差的减小量变化很小。从理论上来说，末端的阵列点数越多，工实际末端设计的时候还要考虑吸盘的尺寸以及制作的成本等问题。阵列数量的设计原则是在满足吸盘尺寸要求的情况下，阵列个数使工件值即可，，以参数的形式来表示即： actuator works n sF n n 为阵列数量；actuators 为吸盘的尺寸，与阵列个数、工件重量以及真空装置的真空度works 为工件可用于吸附的表面尺寸；F n 为阵列个数与工件受力均匀程度的函数关系；

图 3. 10 畸变误差补偿模型图从图 3. 10 中可以看出，成像误差是中心对称且从中间向四周逐渐变大的，由上式可知的测量误差 是与两相机成像误差1 2 1 2 x , x , y , y 成正比的，即成像误差越大，系统度越低。所以，在进行测量时，在条件允许的情况下，应尽可能使测量目标处于相机的光心附近。如图 3. 11 所示，图中基线距离以及光轴与基线的夹角固定，通过改变测量距离，来观距离对测量精度的影响，每次测量距离的改变设成像误差 保持不变。从图中可以明显看着测量距离的增加，系统的误差区域（红色阴影区域）也是随之增大的。但从图中也可以，在测量距离减小的同时，投影角也是随之增大的，由上文的分析可知，投影角的增大也像畸变误差增大。P'SS'P''S
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH165;TP242.2

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本文编号：2616586