UR机器人结构光三维检测系统的研究
发布时间：2021-11-25 15:37
随着我国经济的快速发展,工业机器人正逐渐地被应用到现代化的工业生产中。提高工业机器人的智能感知能力是当前工业机器人应用研究的热点,将视觉检测技术应用于工业机器人领域,用于提高机器人的加工质量、工作效率、对环境的适应能力以及拓展机器人应用范围都具有十分重要的意义。本文主要针对现代化工业生产中的智能检测,将视觉检测中的线结构光三维检测技术与UR机器人相结合,设计了一套UR机器人结构光三维检测系统。主要研究内容如下:1.重点研究了该系统中视觉检测原理与测量模型,针对六自由度UR机器人装载相机激光器获取待测物体三维信息,对UR机器人技术要点进行了分析。机器人正、逆运动学是指导机器人运动的核心部分,本文基于D-H参数法对UR机器人运动学进行分析,采用解析法对机器人的正向、逆向运动学进行求解,求得机械臂的位姿和各关节转角,并对机器人奇异性进行了分析。2.分析了 UR机器人结构光三维检测系统的标定模型,包括相机标定、手眼标定与光平面标定,采用了基于奇异值矩阵分解的方法,对光平面的位姿进行了求解,并分析了系统各坐标系间的转换关系。3.针对检测系统的整体要求与检测的工作距离,对系统的硬件部分进行选型,包...
【文章来源】：天津科技大学天津市
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?ＭｉｃｒｏＳｃｒｉｂｅ系列三维视觉测量仪??
?Ｉ?前言???ｆｌ?１??Ｗ?ｉＪｗ］??图１－４?ＦＡＲＯ?ＳｃａｎＡｒｍ扫描测量臂??Ｆｉｇ．?１－４?ＦＡＲＯ?ＳｃａｎＡｒｍ?ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｓｃａｎｎｉｎｇ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ａｒｍ??Ｉ??图ｌ－５ＡｕｔｏＧａｕｇｅ机器人测量系统??Ｆｉｇ．?１－５?ＡｕｔｏＧａｕｇｅ?ｒｏｂｏｔ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｓｙｓｔｅｍ??在国内，结构光视觉检测方面的研究起步较晚，并且其主要研究成果为高校、研??究所进行的理论研究和工业产品应用方面的研究。在理论研究方面，１９９３年，浙江??大学的余飞鸿［２５ｉ对结构光图像采集的电路进行了设计，以及对光栅的形成进行了研??究。２００３年，空军工程大学的宋元鹤等［２６］在标定中利用双目相机采集数据来进行补??偿，使两个相机分别在激光器的两侧拍摄，并对两组信号同时处理，使其相互补偿，??可提高检测的精度和扩展了测量范围。同年，中国科学院的刘伟军等［２７］构建了单目结??构光的自由曲面三维测量系统，通过最小二乘法来求解坐标系间的关系，降低了计算??的复杂度的同时提高了稳定性。２００４年，合肥工业大学张勇斌等［２８］利用十字线结构??光对复杂的多台阶零件进行了检测。２００５年，北京理工大学的刘国文等［２９］提出了一??种物体旋转的全方位结构光扫描系统，完成了物体的周视扫描重建。２００６年，黑龙江??省科学院自动化研究所的周丽丽等［３（）］利用光栅对物体表面的三维信息进行了检测。同??４??
构光三维检测原理??结构光三维检测是基于光学三角测量法的一种三维检测技术［４２，４３］。光学投射器将??一定模式的结构光（本文采用的是线激光器）投射与待测物表面，当线激光平面与物??体相交时，光条会随着被测物表面形状产生调制，由另一位置的摄像机获取光条的二??维畸变图像，光条的畸变程度取决于相机和激光器的相对位置和被测物的表面轮廓。??固定相机和激光器，通过标定获取二者之间坐标系的转换关系，由畸变的二维光条的??图像坐标可获得物体表面的三维轮廓信息［４４４７］。结构光三维检测示意图如图２－１所示。??ａ（０，?〇，?Ｄｇｐ）?０，?Ｄｇｃ）??丨成Ｍ??；＼?＼?＼?／?ｉ??：＼?＼?＼?／?；??！?＼?＼?＼?／?！??ｚ”?＼?＼?Ｘ?Ｉ??＼?＼?Ｂ／／Ｚ?：??Ｙ?／＾７＼?Ｘ／?ｉ??乂一■Ｖｒｕｒ－Ｔ—Ｋｒ－ｕ?……??／?１／Ｖ??图２－１结构光三维检测示意图??Ｆｉｇ．?２－１?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?３Ｄ?ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ?ｌｉｇｈｔ??图２－１中，激光器由投射一线激光到待测物表面，形成调制后的激光光条??Ａ５，相机在ｑ采集光条图像。为光平面，设被测物体坐标系为??相机坐标系为Ｏ－Ｉ，?Ｚ轴为沿相机光轴方向，（＾－尤尤为相机像平面坐标系，??为像平面的中心。在物坐标系中，光平面由点以０角投射到物体表面，光平面与物??坐标系的｝；轴平行，当没有物体时线激光平面与＇轴交于（９。点，激光投射点在物??坐标系中的坐标值为（０，０，％），则光平面的方程为：??Ｚｇ＝－ｃｏ＼ｅ－Ｘｇ＋Ｄｗ?式（２－１）??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于计算机视觉的机械臂手眼标定系统设计[J]. 于源. 内燃机与配件. 2018(18)
[2]基于视觉成像的机器人中厚板多层多道焊接技术[J]. 李帅. 现代信息科技. 2018(09)
[3]基于工业机器人的汽车轮毂表面缺陷的视觉检测系统设计[J]. 宋辉,李钊. 计算机测量与控制. 2018(09)
[4]基于CoDeSys平台的六自由度工业机器人运动控制器设计[J]. 王耀东,徐建明,徐胜华. 计算机测量与控制. 2018(09)
[5]焊接机器人逆运动学位姿分析[J]. 刘蕊,史学,赵迪. 内燃机与配件. 2018(14)
[6]基于结构光视觉引导的工业机器人定位系统设计分析[J]. 周春. 山东工业技术. 2018(12)
[7]基于视觉和工业机器人扇叶自动安装系统设计[J]. 赵翠俭,陈翔. 石家庄学院学报. 2018(03)
[8]基于线结构光的光条中心亚像素提取研究[J]. 顾益兰,李锋. 电子设计工程. 2017(21)
[9]UR机器人运动学控制与视觉抓取算法研究[J]. 张臻,邹小金,冯洋. 机械设计与制造. 2017(08)
[10]UR机器人远程控制研究[J]. 刘宇航,顾营迎,乔冠宇,刘宏伟,吴清文. 自动化技术与应用. 2017(05)
博士论文
[1]面向测量的多关节运动机构误差模型及标定技术研究[D]. 王一.天津大学 2009
硕士论文
[1]基于双目视觉的三维测量系统设计与实现[D]. 王梦婕.南京邮电大学 2017
[2]基于结构光成像的焊缝跟踪与检测系统[D]. 李佳璇.中北大学 2017
[3]基于视觉引导的工业机器人应用研究[D]. 张超.陕西科技大学 2017
[4]精密检测中基于线结构光的三维视觉系统及关键技术研究[D]. 张伟锋.华南理工大学 2017
[5]单目结构光三维测量精度优化技术研究[D]. 杨柳.南京航空航天大学 2017
[6]基于视觉机器人的目标定位技术研究[D]. 刘念.华南农业大学 2016
[7]基于视觉引导的搬运机器人多目标识别及抓取姿态研究[D]. 熊健.湖北工业大学 2016
[8]基于机器视觉的锂电池极片缺陷检测研究[D]. 胡玥红.哈尔滨工业大学 2015
[9]基于线结构光的单目视觉目标位姿测量研究[D]. 丁洵.湖南科技大学 2015
[10]基于双目结构光的快速三维成像系统研究[D]. 俞宝清.浙江大学 2015
本文编号：3518436
【文章来源】：天津科技大学天津市
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?ＭｉｃｒｏＳｃｒｉｂｅ系列三维视觉测量仪??
?Ｉ?前言???ｆｌ?１??Ｗ?ｉＪｗ］??图１－４?ＦＡＲＯ?ＳｃａｎＡｒｍ扫描测量臂??Ｆｉｇ．?１－４?ＦＡＲＯ?ＳｃａｎＡｒｍ?ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｓｃａｎｎｉｎｇ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ａｒｍ??Ｉ??图ｌ－５ＡｕｔｏＧａｕｇｅ机器人测量系统??Ｆｉｇ．?１－５?ＡｕｔｏＧａｕｇｅ?ｒｏｂｏｔ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｓｙｓｔｅｍ??在国内，结构光视觉检测方面的研究起步较晚，并且其主要研究成果为高校、研??究所进行的理论研究和工业产品应用方面的研究。在理论研究方面，１９９３年，浙江??大学的余飞鸿［２５ｉ对结构光图像采集的电路进行了设计，以及对光栅的形成进行了研??究。２００３年，空军工程大学的宋元鹤等［２６］在标定中利用双目相机采集数据来进行补??偿，使两个相机分别在激光器的两侧拍摄，并对两组信号同时处理，使其相互补偿，??可提高检测的精度和扩展了测量范围。同年，中国科学院的刘伟军等［２７］构建了单目结??构光的自由曲面三维测量系统，通过最小二乘法来求解坐标系间的关系，降低了计算??的复杂度的同时提高了稳定性。２００４年，合肥工业大学张勇斌等［２８］利用十字线结构??光对复杂的多台阶零件进行了检测。２００５年，北京理工大学的刘国文等［２９］提出了一??种物体旋转的全方位结构光扫描系统，完成了物体的周视扫描重建。２００６年，黑龙江??省科学院自动化研究所的周丽丽等［３（）］利用光栅对物体表面的三维信息进行了检测。同??４??
构光三维检测原理??结构光三维检测是基于光学三角测量法的一种三维检测技术［４２，４３］。光学投射器将??一定模式的结构光（本文采用的是线激光器）投射与待测物表面，当线激光平面与物??体相交时，光条会随着被测物表面形状产生调制，由另一位置的摄像机获取光条的二??维畸变图像，光条的畸变程度取决于相机和激光器的相对位置和被测物的表面轮廓。??固定相机和激光器，通过标定获取二者之间坐标系的转换关系，由畸变的二维光条的??图像坐标可获得物体表面的三维轮廓信息［４４４７］。结构光三维检测示意图如图２－１所示。??ａ（０，?〇，?Ｄｇｐ）?０，?Ｄｇｃ）??丨成Ｍ??；＼?＼?＼?／?ｉ??：＼?＼?＼?／?；??！?＼?＼?＼?／?！??ｚ”?＼?＼?Ｘ?Ｉ??＼?＼?Ｂ／／Ｚ?：??Ｙ?／＾７＼?Ｘ／?ｉ??乂一■Ｖｒｕｒ－Ｔ—Ｋｒ－ｕ?……??／?１／Ｖ??图２－１结构光三维检测示意图??Ｆｉｇ．?２－１?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?３Ｄ?ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ?ｌｉｇｈｔ??图２－１中，激光器由投射一线激光到待测物表面，形成调制后的激光光条??Ａ５，相机在ｑ采集光条图像。为光平面，设被测物体坐标系为??相机坐标系为Ｏ－Ｉ，?Ｚ轴为沿相机光轴方向，（＾－尤尤为相机像平面坐标系，??为像平面的中心。在物坐标系中，光平面由点以０角投射到物体表面，光平面与物??坐标系的｝；轴平行，当没有物体时线激光平面与＇轴交于（９。点，激光投射点在物??坐标系中的坐标值为（０，０，％），则光平面的方程为：??Ｚｇ＝－ｃｏ＼ｅ－Ｘｇ＋Ｄｗ?式（２－１）??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于计算机视觉的机械臂手眼标定系统设计[J]. 于源. 内燃机与配件. 2018(18)
[2]基于视觉成像的机器人中厚板多层多道焊接技术[J]. 李帅. 现代信息科技. 2018(09)
[3]基于工业机器人的汽车轮毂表面缺陷的视觉检测系统设计[J]. 宋辉,李钊. 计算机测量与控制. 2018(09)
[4]基于CoDeSys平台的六自由度工业机器人运动控制器设计[J]. 王耀东,徐建明,徐胜华. 计算机测量与控制. 2018(09)
[5]焊接机器人逆运动学位姿分析[J]. 刘蕊,史学,赵迪. 内燃机与配件. 2018(14)
[6]基于结构光视觉引导的工业机器人定位系统设计分析[J]. 周春. 山东工业技术. 2018(12)
[7]基于视觉和工业机器人扇叶自动安装系统设计[J]. 赵翠俭,陈翔. 石家庄学院学报. 2018(03)
[8]基于线结构光的光条中心亚像素提取研究[J]. 顾益兰,李锋. 电子设计工程. 2017(21)
[9]UR机器人运动学控制与视觉抓取算法研究[J]. 张臻,邹小金,冯洋. 机械设计与制造. 2017(08)
[10]UR机器人远程控制研究[J]. 刘宇航,顾营迎,乔冠宇,刘宏伟,吴清文. 自动化技术与应用. 2017(05)
博士论文
[1]面向测量的多关节运动机构误差模型及标定技术研究[D]. 王一.天津大学 2009
硕士论文
[1]基于双目视觉的三维测量系统设计与实现[D]. 王梦婕.南京邮电大学 2017
[2]基于结构光成像的焊缝跟踪与检测系统[D]. 李佳璇.中北大学 2017
[3]基于视觉引导的工业机器人应用研究[D]. 张超.陕西科技大学 2017
[4]精密检测中基于线结构光的三维视觉系统及关键技术研究[D]. 张伟锋.华南理工大学 2017
[5]单目结构光三维测量精度优化技术研究[D]. 杨柳.南京航空航天大学 2017
[6]基于视觉机器人的目标定位技术研究[D]. 刘念.华南农业大学 2016
[7]基于视觉引导的搬运机器人多目标识别及抓取姿态研究[D]. 熊健.湖北工业大学 2016
[8]基于机器视觉的锂电池极片缺陷检测研究[D]. 胡玥红.哈尔滨工业大学 2015
[9]基于线结构光的单目视觉目标位姿测量研究[D]. 丁洵.湖南科技大学 2015
[10]基于双目结构光的快速三维成像系统研究[D]. 俞宝清.浙江大学 2015
本文编号：3518436
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