机器视觉在工业机器人抓取技术中的应用

发布时间：2017-04-24 06:10

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【摘要】：机器视觉技术与信息技术一样,在强化产业竞争力方面极为重要。此外,具有视觉能力的工业机器人比传统的工业机器人在生产效率方面会有提高,同时,生产安全的问题也会得到改善。因此,对工业机器人视觉技术的研究具有十分重要的意义。应用在线示教和离线编程的方法进行工件定位,需要设计、制造、安装高精度的工件定位装置,尤其对于轮廓复杂的工件定位,定位装置设计复杂,既降低了定位抓取效率,又增加了应用成本。同时,当工件型号发生变化时,需要重新设计制造定位装置,限制了生产转型周期。基于视觉技术对工件在线识别与定位,利用视觉检测和图像处理的方法,不需要安装高精度的工件定位装置,即可快速、准确地获得工件位置信息,实现机器人对工件的定位和抓取。图像处理是基于视觉识别与定位的关键环节,主要包括图像预处理、轮廓检测、获取位置矢量等步骤。现有的轮廓检测方法,常会得到孤立的、小段连续的非目标轮廓,干扰工件轮廓的正确检测,降低了检测效率和正确性。本文结合实际生产需求,为实现机器人利用视觉技术获取目标工件矢量数据信息,对比分析已有图像处理、轮廓检测、最小外接矩形检测等方法,并加以改进,提出了一种较为准确高效的工件矢量数据获取方法。试验结果表明,本文方法能够准确快速的对目标工件进行定位,获取矢量数据信息。机器视觉技术与工业机器人的结合,除了最为关键的图像处理以及目标检测定位等相关技术以外,还有工业机器人运动控制中位姿表示和图像坐标系与机器人世界坐标系之间的转换问题。对于机器人各个坐标系的建立,应满足简化运算复杂度、方便运算转换的要求。对于各个坐标系之间的转换,各坐标系之间的位置关系是一个非常重要的参考关系,其中,图像坐标系与相机坐标系、图像坐标与世界坐标系以及相机坐标系与世界坐标系之间的相对位置关系是最主要的参考关系。在确定相对位置关系后,建立矩阵运算方程,求解相应的转换矩阵,完成从图像坐标系向世界坐标系的转变。本文在完成图像获取、图像处理、矢量数据获取、坐标转换以及数据的封装与发送的研究后,进行了相关的测试,对测试结果进行了客观的分析。本文方法准确高效、可靠性高、具有实际使用价值。
【关键词】：机器视觉 轮廓检测 外接矩形 工件定位 坐标转换
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(沈阳计算技术研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41;TP242.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 引言9-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题研究的背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 国内发展现状及趋势12-14
• 1.2.2 国外发展现状及趋势14
• 1.2.3 存在的问题14-15
• 1.3 研究内容及目的15-16
• 1.4 本文组织结构16
• 1.5 本章小结16-17
• 第二章 目标图像获取与预处理技术研究17-25
• 2.1 图像采集17-20
• 2.1.1 镜头的参数17-18
• 2.1.2 镜头的选择18-19
• 2.1.3 镜头的参数信息19-20
• 2.2 图像灰度处理20-22
• 2.2.1 图像灰度化的作用20-21
• 2.2.2 图像灰度化方式的选择21-22
• 2.3 图像滤波22-23
• 2.3.1 图像滤波的目的22
• 2.3.2 图像滤波的研究与分析22-23
• 2.4 二值化23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 矢量数据的获取25-35
• 3.1 轮廓检测25-29
• 3.1.1 基本方法25-26
• 3.1.2 边缘检测Canny算子26
• 3.1.3 基于Canny算法的改进方法26-29
• 3.1.4 检测结果分析29
• 3.2 目标最小外接矩形29-31
• 3.2.1 获取最小外接矩形的基本方法29-30
• 3.2.2 主轴法的研究与分析30-31
• 3.3 矢量数据的获取31-34
• 3.3.1 矢量数据获取的方法31-33
• 3.3.2 工件质心33
• 3.3.3 工件与水平轴夹角33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 坐标转换与数据封装35-45
• 4.1 机器人位姿描述35-36
• 4.1.1 位置表示35-36
• 4.1.2 姿态表示36
• 4.1.3 位姿表示36
• 4.2 图像坐标转换36-40
• 4.2.1 图像坐标系位置关系37-39
• 4.2.2 图像坐标转化为物理坐标39
• 4.2.3 物理坐标转化为相机坐标39
• 4.2.4 世界坐标转化关系39-40
• 4.3 机器人坐标系转换40-43
• 4.3.1 机器人的坐标系40-41
• 4.3.2 直角坐标变换41-42
• 4.3.3 齐次坐标变换42-43
• 4.4 数据的封装43
• 4.5 本章小结43-45
• 第五章 应用测试与分析45-53
• 5.1 实验平台45-47
• 5.2 获取矢量数据测试47-50
• 5.2.1 打开相机测试47-48
• 5.2.2 矢量数据测试48-49
• 5.2.3 性能测试49-50
• 5.2.4 光线条件测试50
• 5.3 抓取测试50-52
• 5.3.1 运动仿真测试51-52
• 5.3.2 实际测试52
• 5.4 本章小结52-53
• 结束语53-55
• 参考文献55-58
• 发表文章58-59
• 致谢59

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本文编号：323702