基于视觉的工业机器人路径规划的研究

发布时间：2020-03-23 04:59

【摘要】：随着柔性自动化生产线的大规模运用,工业机器人已成为生产线上的标准化设备。路径规划作为工业机器人智能控制的关键环节之一,逐渐成为了机器人研究领域的热点。基于机器视觉技术不断成熟应用的背景下,本文以双目视觉技术与路径规划技术为支撑,对工业机器人路径规划系统进行了研究。首先,阐述了本课题研究的背景及意义,并介绍了工业机器人发展概况、机器视觉技术及路径规划技术研究现状。在工业机器人系统整体框架的基础上,确定了本文机器人路径规划系统的两个技术支撑,即双目视觉技术和启发式的路径规划算法。其次,采用基于双目视觉的三维重构技术完成了空间点云信息的获取及环境建模。通过张正友标定法完成双目相机的标定,然后利用半全局立体匹配算法得到场景视差图,由视差图深度恢复输出场景的空间点云信息,最终根据相机坐标系和世界坐标系之间的映射关系,将点云信息投影到世界坐标空间进行栅格环境建模。再次,选择Manhattan函数作为启发式函数,并在传统A*算法的基础上增加启发权值优化算法搜索性能。实现了基于启发权值的A*算法从起始节点到目标节点之间的空间最优路径输出,并通过B样条曲线对路径平滑优化处理,增强路径的运动平滑性。最后,自主搭建了双目视觉系统和直角坐标机器人硬件平台,利用Matlab的GUI模块设计编写双目视觉系统及机器人运动仿真控制系统的界面,采用PC作为上位监控,进行机器人路径规划实验,证明了本文路径规划方法的有效性。
【图文】：

工业机器人,机器人

应的运控指令自主完成相应操作，通过关节动力输出和位移控制实现指定动作的逡逑机械组合。按照机械结构的不同，总体上可将工业机器人划分为并联式机器人和逡逑串联式机器人。图１．１是工业机器人的典型代表，它们分别凭借着自身不同的优逡逑势被普遍应用在搬运、焊接、分拣等不同的领域［５］。逡逑图１．１典型的工业机器人逡逑Ｆｉｇ邋１．１邋Ｔｙｐｉｃａｌ邋ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ邋ｒｏｂｏｔ逡逑工业机器人的发展历程总体上可分为如下的三个阶段［６］：逡逑第一代机器人是当前工业生产中应用比较多的示教型机器人，所谓示教是指逡逑通过手把手或者控制面板规划机器人的运动轨迹并进行保存，机器人运动时只需逡逑将轨迹信息转换为相应的控制指令，由驱动系统控制机器人完成示教的操作，通逡逑常应用于焊接、抓取、切割和搬运等。逡逑第二代机器人载有多种传感器，使得机器人能够有效感知外部环境，广泛应逡逑用于目标检测、装配、环境探测等领域。逡逑第三代机器人是当前备受关注的智能式机器人，高度集成的ＡＩ芯片使得机逡逑器人能够能根据捕捉到的命令信息和对环境的感知评估，自主决策及规划运动路逡逑径。逡逑２逡逑

销售额,增长率,机器人,工业机器人

的日益凸显，，工业机器人市场需求会愈加旺盛。大概到２０２０年国内工业机器人逡逑市场规模将进一步扩大到５８．９亿美元，中国机器人标准化白皮书中我国工业机逡逑器人销售额及增长率的统计数据如图１．２所示。随着市场需求刺激的不断提升，逡逑我国工业机器人的控制技术也将迎来更深层次的革新。逡逑２０１２－２０２０年我丨》１工业机器人销售额及增长率逡逑７０逦０．６逡逑ａ邋５６．１７％逦５８．９逡逑：ｍ邋ｅ邋ｉｕ邋Ｕ邋１邋ｉｒ＋ｒ逡逑２０１２邋２０２３邋２０１４邋２０１５邋２０１６邋２０１７邋２０１８邋２０１９邋２０２０逡逑ｍｍ邋ｍｍ逦—ｍｍ－逡逑图１．２我国工业机器人销售额及增长率逡逑Ｆｉｇ邋１．２邋Ｃｈｉｎａ＇ｓ邋ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ邋ｒｏｂｏｔ邋ｓａｌｅｓ邋ａｎｄ邋ｇｒｏｗｔｈ邋ｒａｔｅ逡逑１．２．２机器人路径规划研宄概况逡逑随着工业机器人在自动化生产线的广泛应用，针对机器人路径规划问题的研逡逑究逐渐被学者们所重视，路径规划技术的变革在很大程度上促进了机器人智能化逡逑３逡逑
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP242.2

【参考文献】