基于线激光相机的散乱零件识别和抓取系统研究

发布时间：2021-04-07 04:08

　　散乱零件的定位和抓取在汽车装配、仓储物流和电子贴片等自动化行业有广泛的应用。随着我国工业生产自动化转型和升级,大量机器人代替人工完成单调、繁重的抓取和摆放工作。传统的机器人抓取技术需要提前确定运动轨迹,配合机械式准确定位技术才能完成零件抓取。这种方法需要零件的位置和姿态是固定不变的,灵活性较差。为了克服传统方法在自动化化生产应用中的弊端,提高自动化生产的智能化水平,本文对基于三维相机的零件识别和抓取系统的关键问题进行研究,包括零件点云获取系统的研究和设计、线激光条纹中心提取方法研究、零件点云预处理研究和零件定位方法与机器人抓取等几个部分。主要研究内容如下:（1）分析现有的三维成像技术和用于抓取零件点云精度要求,设计并开发基于线激光相机的零件三维点云获取系统。该系统可以通过调节相机和线激光发生器的位置和角度实现调整相机的工作范围,根据环境变化等调节相机的曝光度和线激光发生器的亮度等。并提出将单目相机标定方法中常用的张正友相机标定法用于线激光相机标定,克服了传统标定法和主动标定法难以同时满足精度和速度要求的缺点,实现线激光相机快速标定。设计的线激光相机测量范围700-1000mm,测量视野... 

【文章来源】：苏州大学江苏省

【文章页数】：96 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２－?１直射式光学三角法原理图??线激光光轴和摄像机光轴之间的夹角为０，当待测物体表面发生变化或移动吋，??

第二章基于线激光相机的点云获取原理分析?基于线激光相机的散乱零件识别和抓取系统研究??２．１．２斜射式光学三角法??斜射式光学三角法的线激光入射角度和物体表面的法线之间有一定角度［３３］。原理??图如图２－２所示。??＼?舞??＼?６成像平而??＼?ｙ／７?ｆ＆ｍｍ??Ｖｚ??．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．???图２－２斜射式光学三角法原理图??待测物体表面法线和线激光光轴之间的角度为、和相机光轴之间的夹角为??待测物体移动位移Ｘ，成像平面上位移为ｘ＇。则可以求出待测物体表面的位移。??ｃａ＇ｃｏｓＯ，??Ｘ?＝?“＾２）?—Ｘ，Ｃ０Ｓ＿）?（２－２）??式中：??ａ??待测点到相机镜头的距离；??ｂ——相机镜头到感光芯片的距离；??ｅ＇——待测点法线和线激光光轴之间的夹角；??９２——待测点法线和相机光轴之间的夹角。??２．１．３三角测量原理分析??对两种线激光入射方式进行分析比较，主要有以下几个方面：??１．斜射式测量精度更高，直射式测量范围更广，实验设备结构更紧凑；都可以实??现高精度的三维点云数据。??２．线激光和待测物体交点位置。如图２－３所示，当待测物体上下位置因垂直运动??发生变化时，斜射式三角测量法激光线和待测物体之间有不同的交点。在需要激光线??和物体交点固定的时候，可以采用直射式光学三角法。??３．相机接收光线强度。直射视光学三角法接收的是线激光在物体表面的散射光。??１０??

基于线激光相机的散乱零件识别和抓取系统研宄?第二章基于线激光相机的点云获取原理分析??而斜射式激光三角法不仅可以接收到物体表面的散射光，还能接收到反射光。??本文设计线激光相机的目的是获取散乱零件的点云信息。零件形貌比较复杂，并??且要求测量点不能发生偏移。综合考虑设备体积和平台搭建，使用直射式激光三角法??可以满足本文对线激光相机的要求。??２．２线激光相机成像模型??基于直射式激光三角法设计的线激光相机的成像原理图如图２－３所示。线激光发??生器向相机视野内的三维空间投射出一条激光线。该激光线投影在三维空间形成一个??平面，该平面和物体的表面轮廓相交，在物体表面形成一条变形的激光线。激光线的??变形程度受物体表面轮廓影响；另一侧相机采集包含该激光线的数字图像，提取线激??光条纹中心像素坐标。根据相机标定后得到的像素坐标系和线激光平面坐标所在空间??坐标系之间的关系，将线激光条纹中心坐标转化为空间三维坐标。从而获取零件三维??点云。激光线条纹的变形情况受工业相机与激光发生器的相对位置和物体表面轮廓影??响。当工业相机和激光发生器的位置确定后，即可通过激光线的变形程度测量零件的??三维形貌。??图２－?３线激光相机成像模型??以图中点Ｐ为例，在空间中的坐标为户Ｕ，ＪＶ７）。根据相机成像模型（见２．３节），??图像中任意一点都对应一条射线上的空间点，射线为相机原点和像素点连线所??在的位置，如图中射线ｏｐ所示，表达式为：??ｊｆｘｘ?＋?（ｕ０－ｎ）ｚ?＝?０??ｌ（ｘ，ｙ，ｚ）＾＼?（２－３）??｛ｆｖｙ＋（ｖ〇－ｖ）ｚ?＝?°??１１??


本文编号：3122768