工业生产线的机器人优化控制研究

发布时间：2022-11-06 15:53

　　自“工业4.0”的观点提出以来,工业自动化流水线技术带领了第四次工业革命的风暴。工业机器人在流水线的作用也越来越大,在工业流水线的机械臂上引入视觉系统已经成为了时代热点,机械臂的视觉系统已经广泛应用于工业流水线的加工过程中。本文通过分析当下机械臂分拣系统的发展历程,着重研究基于视觉分拣过程的设计。通过分析机械臂的运动学、图像处理、视觉伺服等知识,利用实验室的IRB120小型的六自由度机械臂构建了一个基于视觉的模块化分拣流水线的系统,通过此系统实现不同颜色工件分类存放的过程。为了完成此课题,本文进行了以下研究:分析研究机械臂运动轨迹。通过研究视觉伺服技术在流水线的应用,确定本文中视觉伺服结构;对工业流水线中的机械臂运动学进行分析,通过D-H参数算法建立其运动学模型,求解机械臂的正逆运动学方程,并在MATLAB仿真环境下采用多项式插值的方法,求解机械臂的运动轨迹。搭建工业流水线中机械臂的视觉系统并对图像进行处理。本文的视觉系统采用的是基于位置控制的伺服结构,从各种不同的标定方法中选取标定精确度高的算法--张正友标定方法对视觉相机进行标定。采用平滑和锐化两个过程完成图像的预处理,提出了改进的... 

【文章页数】：118 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 选题的背景及其意义
    1.2 视觉机械臂在自动化流水线的发展应用
        1.2.1 视觉伺服机械臂的发展过程
        1.2.2 机械臂在自动化流水线中的发展
    1.3 视觉分拣机械臂在国内外的研究成果
        1.3.1 国外的研究现状
        1.3.2 国内的研究现状
    1.4 论文研究的内容及章节安排
        1.4.1 论文的目的和视觉伺服系统结构的创建
        1.4.2 论文章节安排
第2章 工业流水线中机械臂的运动学分析
    2.1 工业机器人三维空间中的位置和姿态
        2.1.1 位置
        2.1.2 姿态
        2.1.3 坐标变换
    2.2 机械臂的运动学建模
        2.2.1 建立连杆坐标中的D-H参数
        2.2.2 机械臂的正运动学
        2.2.3 机械臂的逆运动学
    2.3 机械臂的运动轨迹规划
    2.4 本章小结
第3章 工业流水线中机械臂视觉系统设计
    3.1 摄像机模型的设计
    3.2 摄像机具体的标定方法
        3.2.1 单平面棋盘格标定
        3.2.2 线性标定法
    3.3 分析与验证
        3.3.1 张正友法仿真的过程
        3.3.2 线性法的仿真
    3.4 工业流水线中工件预处理的过程
        3.4.1 工件图像平滑处理的算法
        3.4.2 工件图像平滑算法的仿真对比
        3.4.3 工件图像锐化处理的算法
        3.4.4 工件图像锐化算法的仿真对比
    3.5 本章小结
第4章 工业流水线中工件特征的提取和识别方法
    4.1 图像分割技术
        4.1.1 阈值分割法
        4.1.2 模糊C-均值(FCM)聚类的图像分割法
        4.1.3 图像分割方法的仿真比较
    4.2 工件特征的提取与识别
        4.2.1 连通区域的标记
        4.2.2 Harris角点检测
        4.2.3 工件形状参数的提取与识别
    4.3 工件的颜色特征和识别
        4.3.1 颜色直方图
        4.3.2 颜色集和颜色距
        4.3.3 颜色的聚合向量
        4.3.4 颜色相关图
        4.3.5 基于提取阈值的颜色识别
        4.3.6 基于Alex Net神经网络模型颜色识别法
    4.4 本章小结
第5章 工业流水线模块化分拣系统的设计
    5.1 基于PLC的模块化分拣流水线系统设计
        5.1.1 模块化分拣系统的构成
        5.1.2 模块化分拣系统的产品配置
    5.2 S7-1200PLC的通信设置
        5.2.1 PLC和机械臂之间的PROFINET通信设置
        5.2.2 PLC和 PLC之间的通信设置
    5.3 工业机器人的数据建立和工作流程
        5.3.1 工具数据的建立过程
        5.3.2 工件坐标数据的建立过程
        5.3.3 机械臂有效载荷的设定
        5.3.4 机械臂的工作流程
    5.4 模块化分拣系统的编程和仿真
        5.4.1 模块化分拣系统的设计和编程
        5.4.2 模块化分拣系统的仿真
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
在学期间主要科研成果
    一、发表学术论文
    二、申请专利
    三、获奖


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于激光扫描测量臂的工业机器人运动学标定[J]. 张绪烨,李群明,韩志强,郭惟伟.  机械传动. 2019(11)
[2]基于颜色和形状的不均匀光照条件下球体识别[J]. 陈卫,邓志良.  电子设计工程. 2019(21)
[3]基于改进高斯滤波与加权环境参数自适应估计的定位方法[J]. 杨晔晨,胡越黎,徐杰,承文龙,郁怀波.  上海大学学报(自然科学版). 2019(05)
[4]基于Laplacian与多尺度数学形态学的漏磁图像边缘增强方法[J]. 王竹筠,杨理践,高松巍.  辽宁石油化工大学学报. 2019(05)
[5]工业机械手在自动化生产线中的应用探讨[J]. 王晨.  湖北农机化. 2019(16)
[6]基于工业智能相机的自动化电磁铆接对中定位技术研究[J]. 仇继伟,曹增强.  航空制造技术. 2019(15)
[7]考虑能耗和准时的混合流水线多目标调度[J]. 周炳海,刘文龙.  上海交通大学学报. 2019(07)
[8]基于主动红外辐射标定板的超广角红外相机标定[J]. 王子昂,刘秉琦,黄富瑜.  半导体光电. 2019(05)
[9]结合卷积神经网络多层特征和支持向量机的车辆识别[J]. 马永杰,马芸婷,陈佳辉.  激光与光电子学进展. 2019(14)
[10]单自由度四连杆取投苗机械臂设计[J]. 党玉功,金鑫,李衡金,王俊,卢杨奔,丁博文,李雪.  农业工程学报. 2019(14)

博士论文
[1]基于目标函数的模糊聚类新算法及其应用研究[D]. 汪庆淼.江苏大学 2014

硕士论文
[1]基于机器视觉的生活垃圾智能分拣系统的设计与实现[D]. 周滢慜.哈尔滨工业大学 2018
[2]FANUC焊接机器人控制系统研究与仿真[D]. 孙岩.武汉理工大学 2015
[3]基于位置的工业机器人视觉伺服控制系统研究[D]. 董鹏飞.华南理工大学 2015
[4]基于视觉伺服的工业机器人控制技术研究[D]. 王乐.南京林业大学 2012



本文编号：3703781