基于机器视觉的机械臂分拣技术研究
发布时间：2021-07-10 20:50
随着中国制造2025战略的发展,机械臂在智能制造中的应用越来越广泛,引入机器视觉的机械臂将传统的工业制造转入了智能化模式,不但提高了生产效率,而且改变了常规的生产格局。依靠人工完成不同物体的分拣工作具有许多弊端,本文主要研究基于机器视觉的机械臂分拣工作,包含机械臂的运动分析和视觉分类识别两部分内容。分拣系统以AUBO-i5机械臂为主要硬件平台,结合机器视觉设计了软件系统并对不同的工件进行了分拣实验验证,在实际的生产中具有较高的理论指导和应用价值。首先,采用M-D-H方法建立AUBO-i5机械臂的连杆坐标系并计算对应坐标系之间的齐次转换矩阵,对机械臂进行运动学建模分析得到关节空间和笛卡尔空间的映射关系,根据正逆运动学完成机械臂五次插值的轨迹规划。为了视觉系统能够精准地引导机械臂进行分拣工作,需要对视觉系统进行标定,在HALCON中完成双目标定以及双目视觉定位,得到双目相机的内外参,同时进行Eye-to-hand模式的手眼标定得到相机坐标系与机械臂坐标系的转换矩阵。其次,针对采用单一类型特征进行目标分类时准确度较低的问题,本文在图像预处理后提取工件的仿射不变矩、圆形性以及矩形度等特征,采用...
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
FANUC公司M-710iC机器人及3DAreaSensor分拣系统
重庆邮电大学硕士学位论文第1章绪论5图1.3新松Delata机器人分拣系统东南大学成贤学院的张卫芬等人设计了一套基于机器视觉的物料智能分拣系统。以机械臂与海康威视的智能相机为硬件基础，对采集的目标图像进行灰度处理、形态学处理后，运用多阈值分割技术结合模板匹配算法实现对分拣对象的快速识别，结合机械臂对传送带上识别出的物料进行智能分拣[24]。华中科技大学的邹腾跃等人提出了离散特征点集对物体轮廓表示的方法并用形状匹配来完成物料分类，最后由机器人依据视觉系统的分类结果来完成分拣工作[25]，该硬件系统由MOTOMAN－SK6机器人以及摄像机组成，这种形状内容匹配的物料分类方法，能有效提高分拣的准确性和稳定性。同济大学的王德明等人提出了一种基于实例分割网络的工件分拣系统，该系统包含图像采集、目标识别以及物体的位姿计算三个模块[26]。该抓取系统能够对不同形状、弱纹理、散乱堆叠的物体实现快速的目标识别和位姿估计，其性能可满足不同零件在实际分拣工作中的要求。YuXiaoyang等人提出一种基于SGH识别算法的机器人双目视觉分类系统[27]，该系统为了提高分类精度，采用的SGH由空间颜色直方图、灰度共生矩阵以及Hu矩特征组成，分别代表颜色特征、纹理特征和形状特征，用SGH建立了相似性判断函数来完成自动分类。通过对国内外机械臂分拣技术的研究现状分析可知引入视觉的机器人具有更加智能化的应用场景，并能加速制造业的智能化发展。但是目前的视觉与工业机器人相结合在分拣系统中的应用侧重在并联机器人方面，并联机器人主要面向平面场景工作，在机器人工作姿态的灵活性上具有巨大缺陷。其次，在工厂等环境
重庆邮电大学硕士学位论文第2章机械臂运动学分析与轨迹规划仿真20(a)关节角位移曲线图(b)关节角速度曲线图(c)关节角加速度曲线图图2.8AUBO-i5机械臂的关节空间轨迹规划2.5.2机械臂在笛卡尔空间的轨迹规划仿真面对如焊接、装配避让等需要在三维空间中进行复杂运动的工作，机械臂需要采用笛卡尔空间的轨迹规划，就是在三维空间生成机械臂末端操作器的位姿关于时间的函数，使机械臂在三维空间中按照明确的路径运动。我们需要计算出末端操作器在己知路径上各点的位姿矩阵，可通过运动学逆解计算得到各路径点的关节角度，如图2.9所示为笛卡尔空间中轨迹规划步骤。插补算法机械臂逆解运动学求解关节空间轨迹规划起始路径点的位姿轨迹中间插补点的位姿关节空间角度机器人的目标位姿图2.9机械臂在笛卡尔空间的轨迹规划流程在本文的笛卡尔空间轨迹规划中，机械臂末端操作器从起点到目标点按照梯形速度的规律运动。
【参考文献】：
期刊论文
[1]机械臂运动学建模及解算方法综述[J]. 冷舒,吴克,居鹤华. 宇航学报. 2019(11)
[2]我国工业机器人标准体系建设研究[J]. 刘毅,刘唐书,蒋建辉,饶蕾,吴清锋. 机床与液压. 2019(21)
[3]UR10机器人的运动学分析与轨迹规划[J]. 刘强,杨道国,郝卫东. 机床与液压. 2019(17)
[4]基于实例分割网络与迭代优化方法的3D视觉分拣系统[J]. 王德明,颜熠,周光亮,李勇奇,刘成菊,林立民,陈启军. 机器人. 2019(05)
[5]基于机器视觉的物料自动分拣系统研究[J]. 张卫芬,汤文成. 组合机床与自动化加工技术. 2019(06)
[6]我国工业机器人发展现状的调查分析[J]. 李芳芳,孙乾. 机械传动. 2019(06)
[7]三维立体视觉机械臂智能抓取分类系统的开发[J]. 张建民,许志辉,龙佳乐,陈富健,罗顺祺,罗鑫春,林根源,李鸿彬. 计算机工程与应用. 2019(15)
[8]基于改进差分进化算法的机械臂运动学逆解[J]. 谢习华,范诗萌,周烜亦,李智勇. 机器人. 2019(01)
[9]基于机器人与视觉引导的星载设备智能装配方法[J]. 季旭全,王君臣,赵江地,张晓会,孙振. 机械工程学报. 2018(23)
[10]基于位姿反馈的三臂空间机器人抓捕轨迹规划[J]. 蓝启杰,刘宜成,张涛. 中国机械工程. 2018(20)
博士论文
[1]机器人智能抓取与可容空间位姿估计研究[D]. 郭清达.华南理工大学 2018
[2]六自由度工业机器人定位误差参数辨识及补偿方法的研究[D]. 杜亮.华南理工大学 2016
[3]基于量子计算理论的优化算法研究[D]. 马颖.西北工业大学 2014
[4]双臂机器人的控制系统建立及阻抗控制研究[D]. 周扬.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]基于BP神经网络的分类器改进算法研究与应用[D]. 李圆满.中国地质大学(北京) 2019
[2]基于视觉的机器人快递分拣系统研究[D]. 任磊.中国计量大学 2018
[3]面向机器人抓取的零件识别与定位方法研究[D]. 童磊.华侨大学 2018
[4]基于机器视觉的汽车门板焊点识别算法研究[D]. 刘金.华南理工大学 2018
[5]基于视觉的水下目标识别与定位技术研究[D]. 权稳稳.山东大学 2018
[6]基于机器视觉的机械工件分拣技术研究[D]. 夏柯.上海交通大学 2017
[7]工业机器人快速标定的误差分析研究[D]. 梅浩.南京理工大学 2017
[8]机器人视觉伺服系统研究[D]. 陈文桥.哈尔滨工程大学 2016
[9]基于Retinex理论的图像增强算法研究[D]. 李莹.西北大学 2014
[10]工业零件形状尺寸的机器视觉检测系统的研究[D]. 刘霞.哈尔滨理工大学 2009
本文编号：3276639
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
FANUC公司M-710iC机器人及3DAreaSensor分拣系统
重庆邮电大学硕士学位论文第1章绪论5图1.3新松Delata机器人分拣系统东南大学成贤学院的张卫芬等人设计了一套基于机器视觉的物料智能分拣系统。以机械臂与海康威视的智能相机为硬件基础，对采集的目标图像进行灰度处理、形态学处理后，运用多阈值分割技术结合模板匹配算法实现对分拣对象的快速识别，结合机械臂对传送带上识别出的物料进行智能分拣[24]。华中科技大学的邹腾跃等人提出了离散特征点集对物体轮廓表示的方法并用形状匹配来完成物料分类，最后由机器人依据视觉系统的分类结果来完成分拣工作[25]，该硬件系统由MOTOMAN－SK6机器人以及摄像机组成，这种形状内容匹配的物料分类方法，能有效提高分拣的准确性和稳定性。同济大学的王德明等人提出了一种基于实例分割网络的工件分拣系统，该系统包含图像采集、目标识别以及物体的位姿计算三个模块[26]。该抓取系统能够对不同形状、弱纹理、散乱堆叠的物体实现快速的目标识别和位姿估计，其性能可满足不同零件在实际分拣工作中的要求。YuXiaoyang等人提出一种基于SGH识别算法的机器人双目视觉分类系统[27]，该系统为了提高分类精度，采用的SGH由空间颜色直方图、灰度共生矩阵以及Hu矩特征组成，分别代表颜色特征、纹理特征和形状特征，用SGH建立了相似性判断函数来完成自动分类。通过对国内外机械臂分拣技术的研究现状分析可知引入视觉的机器人具有更加智能化的应用场景，并能加速制造业的智能化发展。但是目前的视觉与工业机器人相结合在分拣系统中的应用侧重在并联机器人方面，并联机器人主要面向平面场景工作，在机器人工作姿态的灵活性上具有巨大缺陷。其次，在工厂等环境
重庆邮电大学硕士学位论文第2章机械臂运动学分析与轨迹规划仿真20(a)关节角位移曲线图(b)关节角速度曲线图(c)关节角加速度曲线图图2.8AUBO-i5机械臂的关节空间轨迹规划2.5.2机械臂在笛卡尔空间的轨迹规划仿真面对如焊接、装配避让等需要在三维空间中进行复杂运动的工作，机械臂需要采用笛卡尔空间的轨迹规划，就是在三维空间生成机械臂末端操作器的位姿关于时间的函数，使机械臂在三维空间中按照明确的路径运动。我们需要计算出末端操作器在己知路径上各点的位姿矩阵，可通过运动学逆解计算得到各路径点的关节角度，如图2.9所示为笛卡尔空间中轨迹规划步骤。插补算法机械臂逆解运动学求解关节空间轨迹规划起始路径点的位姿轨迹中间插补点的位姿关节空间角度机器人的目标位姿图2.9机械臂在笛卡尔空间的轨迹规划流程在本文的笛卡尔空间轨迹规划中，机械臂末端操作器从起点到目标点按照梯形速度的规律运动。
【参考文献】：
期刊论文
[1]机械臂运动学建模及解算方法综述[J]. 冷舒,吴克,居鹤华. 宇航学报. 2019(11)
[2]我国工业机器人标准体系建设研究[J]. 刘毅,刘唐书,蒋建辉,饶蕾,吴清锋. 机床与液压. 2019(21)
[3]UR10机器人的运动学分析与轨迹规划[J]. 刘强,杨道国,郝卫东. 机床与液压. 2019(17)
[4]基于实例分割网络与迭代优化方法的3D视觉分拣系统[J]. 王德明,颜熠,周光亮,李勇奇,刘成菊,林立民,陈启军. 机器人. 2019(05)
[5]基于机器视觉的物料自动分拣系统研究[J]. 张卫芬,汤文成. 组合机床与自动化加工技术. 2019(06)
[6]我国工业机器人发展现状的调查分析[J]. 李芳芳,孙乾. 机械传动. 2019(06)
[7]三维立体视觉机械臂智能抓取分类系统的开发[J]. 张建民,许志辉,龙佳乐,陈富健,罗顺祺,罗鑫春,林根源,李鸿彬. 计算机工程与应用. 2019(15)
[8]基于改进差分进化算法的机械臂运动学逆解[J]. 谢习华,范诗萌,周烜亦,李智勇. 机器人. 2019(01)
[9]基于机器人与视觉引导的星载设备智能装配方法[J]. 季旭全,王君臣,赵江地,张晓会,孙振. 机械工程学报. 2018(23)
[10]基于位姿反馈的三臂空间机器人抓捕轨迹规划[J]. 蓝启杰,刘宜成,张涛. 中国机械工程. 2018(20)
博士论文
[1]机器人智能抓取与可容空间位姿估计研究[D]. 郭清达.华南理工大学 2018
[2]六自由度工业机器人定位误差参数辨识及补偿方法的研究[D]. 杜亮.华南理工大学 2016
[3]基于量子计算理论的优化算法研究[D]. 马颖.西北工业大学 2014
[4]双臂机器人的控制系统建立及阻抗控制研究[D]. 周扬.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]基于BP神经网络的分类器改进算法研究与应用[D]. 李圆满.中国地质大学(北京) 2019
[2]基于视觉的机器人快递分拣系统研究[D]. 任磊.中国计量大学 2018
[3]面向机器人抓取的零件识别与定位方法研究[D]. 童磊.华侨大学 2018
[4]基于机器视觉的汽车门板焊点识别算法研究[D]. 刘金.华南理工大学 2018
[5]基于视觉的水下目标识别与定位技术研究[D]. 权稳稳.山东大学 2018
[6]基于机器视觉的机械工件分拣技术研究[D]. 夏柯.上海交通大学 2017
[7]工业机器人快速标定的误差分析研究[D]. 梅浩.南京理工大学 2017
[8]机器人视觉伺服系统研究[D]. 陈文桥.哈尔滨工程大学 2016
[9]基于Retinex理论的图像增强算法研究[D]. 李莹.西北大学 2014
[10]工业零件形状尺寸的机器视觉检测系统的研究[D]. 刘霞.哈尔滨理工大学 2009
本文编号：3276639
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shengwushengchang/3276639.html
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