柔性装配机器人视觉伺服控制系统设计
发布时间：2020-09-29 17:50
随着信息技术和控制理论的融合发展,工业机器人成为当代工业生产中必不可少的自动化设备,提高了产品质量和工作效率。但是,机器人技术在智能化与柔性化方面仍然存在着改进的必要性,机器人视觉伺服控制技术应用图像传感器获得外界视野信息,可提高其环境感知力和反应能力,以应付不同的生产工作。本文以KUKA KR5 arc工业机器人作为研究对象组建视觉伺服控制系统,引导机器人完成对工件物体的抓取与组合。本文首先研究了机器人视觉伺服系统中的图像处理算法,包括图像的灰度和对比度变化、空间滤波和边缘检测等图像处理技术,对于图像处理的速度和精度要求,设计了视觉伺服控制的图像采集和处理流程;通过对边缘提取算法的比较分析,完成了目标图像的边缘检测;改进了归一化互相关匹配算法中计算量大且运行时间长的缺陷,提出图像金字塔逐层搜寻理念,加快了匹配速度,并推导了工件位姿计算方程。其次,分析了机器人视觉伺服控制模式,采用Denavit-Hartenberg法建立了机器人的运动学模型。按照系统要求对机械臂进行运动学分析,正向分析求解其关节转动角度以及末端位姿的函数方程,逆向分析求解机械臂目前位置对应各个关节的转动角度,并分析了机器人的轨迹规划问题。研究了摄像机标定和手眼标定方法,建立了视觉系统模型,确定了空间坐标和图像对应坐标的转换关系,并改进了标定误差,考虑畸变模型的切向分量对整体畸变模型的影响,使得标定更加精确。最后,搭建了关节型机器人视觉伺服控制系统实验平台,针对工业机器人关节的运动控制部分,设计了双闭环控制系统,采用PID控制算法,在Simulink中完成了仿真实验,实验设计与分析的结果表明:视觉伺服控制系统提高了图像处理的实时性并且减小了标定误差,达到了预期的目的。
【学位单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP242.62;TP273
【部分图文】：
机器人视觉伺服技术的应用范围越来越广泛，给各行业的生产制造和人们生活逡逑增加了无法磨灭的影响，加快了经济的进步和积累，所以不断发展该技术，具有关键的实际使逡逑用价值和经济价值，例如在工业领域、医用领域、服务领域的应用等。图１－１为焊接机器人，逡逑图１－２为码操机器人，图１－３为表面缺陷检测机器人，图１－４为美敦力手术机器人，图１－５为逡逑扫地机器人，图１－６为迎宾机器人。逡逑＿＿逡逑图１－１焊接机器人逦图１－２码垛机器人逡逑丨羞邋１’。二逡逑图１－３表面缺陷检测机器人逦图１－４美敦力手术机器人逡逑ｍ逦匪逡逑ｆ邋．一逦１逦：逡逑、ｎｕｎ逡逑图１－５扫地机器人逦图１－６迎宾机器人逡逑－３－逡逑
机器人视觉伺服技术的应用范围越来越广泛，给各行业的生产制造和人们生活逡逑增加了无法磨灭的影响，加快了经济的进步和积累，所以不断发展该技术，具有关键的实际使逡逑用价值和经济价值，例如在工业领域、医用领域、服务领域的应用等。图１－１为焊接机器人，逡逑图１－２为码操机器人，图１－３为表面缺陷检测机器人，图１－４为美敦力手术机器人，图１－５为逡逑扫地机器人，图１－６为迎宾机器人。逡逑＿＿逡逑图１－１焊接机器人逦图１－２码垛机器人逡逑丨羞邋１’。二逡逑图１－３表面缺陷检测机器人逦图１－４美敦力手术机器人逡逑ｍ逦匪逡逑ｆ邋．一逦１逦：逡逑、ｎｕｎ逡逑图１－５扫地机器人逦图１－６迎宾机器人逡逑－３－逡逑
逦！逡逑图１－９基于位置的控制模型示意图逡逑第二种类型是基于图像的视觉伺服，如图１－１０所示，将目标工件在摄像机图像坐标系的图逡逑像特征当作反馈信号，重点是如何求解代表图像差异与机械手位姿速度变化关系的图像雅可比逡逑矩阵，而且图像是在二维平面内的，当计算图像雅可比矩阵时又需估计目标的立体空间信息（三逡逑维信息）。１９８０年，Ｗｅｉｓｓ直接使用期望图像与当前图像的差作为信号来驱动机器人，Ｅｓｐｉａｕ逡逑分析了基于位置和基于图像的机器人视觉伺服问题，使用求解任务函数法解决机器人的控制问逡逑题。逡逑图馨Ｓ征逦一邋Ｉ逦［逦Ｉ逦末端位置｜逦（动作逡逑逦￣？＇特征空间控制律——机器人控制器１——？六自由度机械臂逦？运动目标———＊■逡逑＿▲邋１逦邋！逦邋Ｌ邋ｊ邋１逡逑当前逡逑V笙袷颜麇五五澹慑危卞危义希薄
本文编号：2830057
【学位单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP242.62;TP273
【部分图文】：
机器人视觉伺服技术的应用范围越来越广泛，给各行业的生产制造和人们生活逡逑增加了无法磨灭的影响，加快了经济的进步和积累，所以不断发展该技术，具有关键的实际使逡逑用价值和经济价值，例如在工业领域、医用领域、服务领域的应用等。图１－１为焊接机器人，逡逑图１－２为码操机器人，图１－３为表面缺陷检测机器人，图１－４为美敦力手术机器人，图１－５为逡逑扫地机器人，图１－６为迎宾机器人。逡逑＿＿逡逑图１－１焊接机器人逦图１－２码垛机器人逡逑丨羞邋１’。二逡逑图１－３表面缺陷检测机器人逦图１－４美敦力手术机器人逡逑ｍ逦匪逡逑ｆ邋．一逦１逦：逡逑、ｎｕｎ逡逑图１－５扫地机器人逦图１－６迎宾机器人逡逑－３－逡逑
机器人视觉伺服技术的应用范围越来越广泛，给各行业的生产制造和人们生活逡逑增加了无法磨灭的影响，加快了经济的进步和积累，所以不断发展该技术，具有关键的实际使逡逑用价值和经济价值，例如在工业领域、医用领域、服务领域的应用等。图１－１为焊接机器人，逡逑图１－２为码操机器人，图１－３为表面缺陷检测机器人，图１－４为美敦力手术机器人，图１－５为逡逑扫地机器人，图１－６为迎宾机器人。逡逑＿＿逡逑图１－１焊接机器人逦图１－２码垛机器人逡逑丨羞邋１’。二逡逑图１－３表面缺陷检测机器人逦图１－４美敦力手术机器人逡逑ｍ逦匪逡逑ｆ邋．一逦１逦：逡逑、ｎｕｎ逡逑图１－５扫地机器人逦图１－６迎宾机器人逡逑－３－逡逑
逦！逡逑图１－９基于位置的控制模型示意图逡逑第二种类型是基于图像的视觉伺服，如图１－１０所示，将目标工件在摄像机图像坐标系的图逡逑像特征当作反馈信号，重点是如何求解代表图像差异与机械手位姿速度变化关系的图像雅可比逡逑矩阵，而且图像是在二维平面内的，当计算图像雅可比矩阵时又需估计目标的立体空间信息（三逡逑维信息）。１９８０年，Ｗｅｉｓｓ直接使用期望图像与当前图像的差作为信号来驱动机器人，Ｅｓｐｉａｕ逡逑分析了基于位置和基于图像的机器人视觉伺服问题，使用求解任务函数法解决机器人的控制问逡逑题。逡逑图馨Ｓ征逦一邋Ｉ逦［逦Ｉ逦末端位置｜逦（动作逡逑逦￣？＇特征空间控制律——机器人控制器１——？六自由度机械臂逦？运动目标———＊■逡逑＿▲邋１逦邋！逦邋Ｌ邋ｊ邋１逡逑当前逡逑V笙袷颜麇五五澹慑危卞危义希薄
本文编号：2830057
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