基于视觉检测的工业机器人几何参数标定研究

发布时间：2020-06-14 15:56

【摘要】：工业机器人快速、高效和高精准度的特点符合现代工业、制造业的需求,其在现代工业生产中得到广泛应用。然而,未经系统精度标定的工业机器人的末端定位精度非常低。为了提高工业机器人的末端定位精度,本文以某企业自主研发的某款六自由度工业机器人为研究对象,提出两种基于视觉检测的工业机器人几何参数标定及误差矫正方法,对机器人末端定位精度的提高进行了研究。本文主要进行了以下几个方面的研究:第一,对机器人运动学进行了研究。根据实验机器人的本体结构和尺寸参数,建立了机器人连杆坐标系和D-H参数模型;详细推导机器人运动学的正解和逆解数学模型,确定了对机器人末端位置产生影响的关键参数以及其产生影响的机理,为建立机器人末端位置误差约束方程提供理论上的支持;对本文采用的两种参数标定方案的原理和实验方案进行了研究,确定了本文进行参数标定的方案。第二,对工业相机的成像模型和相机内外参数的标定进行了研究。结合相机的外参数矩阵提出了检测系统手-眼-靶标定的方案,并推导出了具体的手-眼-靶标定关系式。最后采用基于李群理论的MATLAB算法实现了对手-眼-靶标定关系的求解。第三,采用四步图像处理方法提高棋盘格靶标图像角点信息清晰度。分别对图像进行光照平衡,高斯滤波去噪,最大类间差法二值化和小面积过滤去杂点处理,有效缩短了图像计算的时间,提高了图像棋盘格角点信息的清晰度,并提高了相机标定和手-眼-靶标定的效率和精度。第四,详细研究了基于视觉检测的关节轴线检测法和空间位置约束法两种机器人几何参数标定方法。分别以轴线实际位置检测和几何参数数值优化的方式完成机器人的几何参数标定,从而提高机器人的末端位置精度。空间位置约束法通过视觉方式检测机器人末端在空间中的位置,将检测数据与机器人控制器中的位置数据对比确定机器人末端在空间中的位置误差,然后利用该误差结合机器人的运动学方程建立误差约束方程,再利用遗传算法对机器人的几何参数进行系统的优化,求出当前约束条件下的最优几何参数值,完成几何参数标定任务;轴线检测法通过旋转单个关节轴,并采用结合棋盘格靶标的相机标定技术,对旋转过程中固连在机器人末端的相机光心在空间中的位置数据进行检测,然后利用检测数据进行空间圆拟合从而确定出单关节轴线的空间位置数据,最后根据关节轴线位置实现几何参数的标定。第五,实验验证了两种标定方法的可行性和标定结果的有效性。采用标准机器人预标定的方式实现了对检测系统的手-眼-靶位置的精确标定,求解出了具体的关系式;而后对实验数据进行了集中处理,分别计算了空间位置约束法和轴线检测法的详细数据结果,得出了两种方案标定的几何参数的具体数值,。理论研究和实验结果表明,研究采用的轴线检测法成功的实现了对关节1、2、3轴线位置的检测,标定了a_1、a _2、d_1三个参数,并将机器人的末端位置精度从2.350mm提高到了1.477mm;空间位置约束法成功的实现了机器人几何参数最优值的标定,将机器人的末端位置精度从2.350mm提高到了1.524mm;实验结果充分证明了本文提出的两种基于视觉检测参数标定方案的有效性和可行性。
【学位授予单位】：烟台大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242.2
【图文】：

第一章 绪论测量系统，但主要用于对人体关节位姿的检测；美国感器并配合一种混合优化方案来对机器人位姿进行检运用基于拉线传感器的工业机器人标定系统，来解决以及机械传动误差等标定任务；洪伟松[19]等人利用拉成了工业机器人的标定任务；图 1.1 所示为一种拉线传感器在工业机器人检测上的应用示意图。

第一章 绪论测量系统，但主要用于对人体关节位姿的检测；美国感器并配合一种混合优化方案来对机器人位姿进行检运用基于拉线传感器的工业机器人标定系统，来解决以及机械传动误差等标定任务；洪伟松[19]等人利用拉成了工业机器人的标定任务；图 1.1 所示为一种拉线传感器在工业机器人检测上的应用示意图。

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本文编号：2713014