基于双目视觉和六维力控的柔顺抓取与装配系统研究
发布时间：2022-02-26 18:44
随着工业生产中自动化水平的提高,对系统智能化、柔性化提出了更高的要求。工业机器人因具有持久稳定的重复执行动作的特点,作为执行机构被广泛使用。传统的工业机器人应用通过示教编程方式运行,无法感知环境变化自动调整运动轨迹,不能充分发挥工业机器人多维、灵活的特点。本文根据机器人抓取和装配任务需求,将工业机器人与摄像机和力传感器结合使用,研究了基于双目视觉技术引导机器人对空间任意位姿工件抓取,基于力控技术调整机器人装配过程1姿态,并通过搭建实验平台,实现对空间中工件的抓取和轴孔柔顺装配。论文主要研究内容如下:（1）对摄像机线性成像模型和双目视觉原理进行了研究,建立了摄像机坐标系与空间点对应关系的数学模型。通过对摄像机标定和手眼标定,将空间点与摄像机、摄像机与机器人建立数值对应关系,并对双目视觉系统采集到的图像进行预处理和校正,降低系统噪声和设备位置误差的影响。（2）研究立体匹配的原理和方法,使用基于区域的立体匹配算法并进行了优化,获得图像对的匹配点,根据三维重构原理对匹配点进行三维重构,获得了工件表面的三维信息。根据工件特征,对工件进行空间位姿估计,得到工件相对于摄像机的空间位姿。（3）设计并实...
【文章来源】：机械科学研究总院北京市
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 课题研究背景
1.3 国内外研究现状
1.3.1 视觉定位研究现状
1.3.2 柔顺装配研究现状
1.4 课题研究内容及研究意义
1.4.1 研究对象
1.4.2 课题研究内容
1.4.3 课题研究意义
第2章 双目视觉系统工件定位研究
2.1 引言
2.2 摄像机成像模型与双目立体视觉原理
2.2.1 摄像机线性模型
2.2.2 摄像机模型中坐标系的定义与转换
2.2.3 双目立体视觉原理
2.3 视觉系统标定
2.3.1 摄像机标定方法
2.3.2 双目标定原理
2.3.3 手眼标定
2.3.4 标定实验
2.4 图像预处理与图像矫正
2.4.1 图像滤波
2.4.2 图像立体校正
2.5 立体匹配与三维重构
2.5.1 立体匹配算法分析
2.5.2 立体匹配算法
2.5.3 双目立体匹配实验
2.5.4 三维重构
2.6 工件空间位姿定位方法
2.6.1 虚拟摄像机坐标系建立
2.6.2 圆面空间定位
2.6.3 双目视觉系统空间圆位姿确定
2.6.4 工件空间位姿定位实验
2.7 小结
第3章 柔顺装配系统
3.1 引言
3.2 轴孔装配分析
3.2.1 轴孔装配模型
3.2.2 轴孔装配的力学分析
3.3 六维力传感器重力补偿算法
3.3.1 力传感器重力补偿算法原理
3.3.2 力矩补偿算法原理
3.3.3 力传感器初始值及重力补偿过程
3.3.4 重力补偿算法实验验证
3.4 主动柔顺装配控制算法
3.4.1 主动柔顺控制算法介绍
3.4.2 阻抗控制原理及误差分析
3.5 自适应控制算法
3.5.1 自适应控制算法原理
3.5.2 自适应阻抗控制算法
3.6 仿真与分析
3.7 小结
第4章 系统设计与实现
4.1 引言
4.2 系统总体设计与关键零部件选型
4.2.1 系统总体设计
4.2.2 零部件选型
4.2.3 双目视觉系统结构设计
4.3 系统通信与工作流程
4.3.1 系统通信方案
4.3.2 系统工作流程
4.4 系统软件结构及开发
4.4.1 系统软件结构设计
4.4.2 参数设置模块开发
4.4.3 通信任务模块开发
4.4.4 视觉定位模块工作流程
4.4.5 力控任务模块工作流程
4.4.6 人机交互模块开发
4.5 系统综合实验
4.5.1 力控示教实验
4.5.2 轴孔装配实验
4.6 小结
第5章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
在学期间发表的学术论文和参加科研情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]双目视觉立体匹配技术研究现状和展望[J]. 林森,殷新勇,唐延东. 科学技术与工程. 2017(30)
[2]机器人柔顺抓放技术与应用[J]. 赵敏,钱堃,马旭东. 工业控制计算机. 2016(03)
[3]基于模糊自适应阻抗控制的机器人接触力跟踪[J]. 刘智光,于菲,张靓,李铁军,安占法. 工程设计学报. 2015(06)
[4]工业机器人视觉系统中双目摄像头标定算法研究[J]. 孙凤连,李扬. 计算机与数字工程. 2015(04)
[5]双目立体视觉匹配技术综述[J]. 曹之乐,严中红,王洪. 重庆理工大学学报(自然科学). 2015(02)
[6]库卡推出首款轻型人机协作机器人LBR iiwa[J]. 欣迪. 汽车与配件. 2014(45)
[7]适应环境刚度、阻尼参数未知或变化的机器人阻抗控制方法[J]. 李正义,曹汇敏. 中国机械工程. 2014(12)
[8]一种基于向量的空间圆检测方法[J]. 赵鹏飞. 大地测量与地球动力学. 2014(03)
[9]基于双目视觉的显著性区域检测[J]. 刘中,陈伟海,吴星明,邹宇华,王建华. 浙江大学学报(工学版). 2014(02)
[10]基于模糊控制的机器人柔顺装配研究[J]. 张铁,刘文波. 机械设计与研究. 2013(03)
博士论文
[1]双目立体视觉深度感知与三维重建若干问题研究[D]. 罗桂娥.中南大学 2012
[2]移动机器人原型的控制系统设计与环境建模研究[D]. 邹小兵.中南大学 2005
硕士论文
[1]基于阻抗控制的机械臂力/位置控制关键技术研究[D]. 王懂.山东大学 2018
[2]基于机器视觉的圆形工件位姿估计[D]. 桑孟雷.浙江大学 2018
[3]面向机器人装配任务的主动柔顺控制系统研究[D]. 廖琳静.北京邮电大学 2018
[4]基于双目视觉的机械手定位抓取技术的研究[D]. 徐凯.浙江大学 2018
[5]ABB工业机器人网络集成控制系统研究[D]. 孙志伟.燕山大学 2017
[6]基于双目视觉的机器人定位技术研究[D]. 何佳唯.江南大学 2016
[7]装配机器人作业过程控制系统应用与软件开发[D]. 赵敏.东南大学 2016
[8]六自由度机械臂阻抗控制方法研究[D]. 谢心如.哈尔滨工程大学 2016
[9]基于视觉/力传感器的机器人柔顺装配技术研究[D]. 李海龙.燕山大学 2014
[10]基于力传感器的工业机器人主动柔顺装配系统研究[D]. 林君健.华南理工大学 2013
本文编号：3644919
【文章来源】：机械科学研究总院北京市
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 课题研究背景
1.3 国内外研究现状
1.3.1 视觉定位研究现状
1.3.2 柔顺装配研究现状
1.4 课题研究内容及研究意义
1.4.1 研究对象
1.4.2 课题研究内容
1.4.3 课题研究意义
第2章 双目视觉系统工件定位研究
2.1 引言
2.2 摄像机成像模型与双目立体视觉原理
2.2.1 摄像机线性模型
2.2.2 摄像机模型中坐标系的定义与转换
2.2.3 双目立体视觉原理
2.3 视觉系统标定
2.3.1 摄像机标定方法
2.3.2 双目标定原理
2.3.3 手眼标定
2.3.4 标定实验
2.4 图像预处理与图像矫正
2.4.1 图像滤波
2.4.2 图像立体校正
2.5 立体匹配与三维重构
2.5.1 立体匹配算法分析
2.5.2 立体匹配算法
2.5.3 双目立体匹配实验
2.5.4 三维重构
2.6 工件空间位姿定位方法
2.6.1 虚拟摄像机坐标系建立
2.6.2 圆面空间定位
2.6.3 双目视觉系统空间圆位姿确定
2.6.4 工件空间位姿定位实验
2.7 小结
第3章 柔顺装配系统
3.1 引言
3.2 轴孔装配分析
3.2.1 轴孔装配模型
3.2.2 轴孔装配的力学分析
3.3 六维力传感器重力补偿算法
3.3.1 力传感器重力补偿算法原理
3.3.2 力矩补偿算法原理
3.3.3 力传感器初始值及重力补偿过程
3.3.4 重力补偿算法实验验证
3.4 主动柔顺装配控制算法
3.4.1 主动柔顺控制算法介绍
3.4.2 阻抗控制原理及误差分析
3.5 自适应控制算法
3.5.1 自适应控制算法原理
3.5.2 自适应阻抗控制算法
3.6 仿真与分析
3.7 小结
第4章 系统设计与实现
4.1 引言
4.2 系统总体设计与关键零部件选型
4.2.1 系统总体设计
4.2.2 零部件选型
4.2.3 双目视觉系统结构设计
4.3 系统通信与工作流程
4.3.1 系统通信方案
4.3.2 系统工作流程
4.4 系统软件结构及开发
4.4.1 系统软件结构设计
4.4.2 参数设置模块开发
4.4.3 通信任务模块开发
4.4.4 视觉定位模块工作流程
4.4.5 力控任务模块工作流程
4.4.6 人机交互模块开发
4.5 系统综合实验
4.5.1 力控示教实验
4.5.2 轴孔装配实验
4.6 小结
第5章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
在学期间发表的学术论文和参加科研情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]双目视觉立体匹配技术研究现状和展望[J]. 林森,殷新勇,唐延东. 科学技术与工程. 2017(30)
[2]机器人柔顺抓放技术与应用[J]. 赵敏,钱堃,马旭东. 工业控制计算机. 2016(03)
[3]基于模糊自适应阻抗控制的机器人接触力跟踪[J]. 刘智光,于菲,张靓,李铁军,安占法. 工程设计学报. 2015(06)
[4]工业机器人视觉系统中双目摄像头标定算法研究[J]. 孙凤连,李扬. 计算机与数字工程. 2015(04)
[5]双目立体视觉匹配技术综述[J]. 曹之乐,严中红,王洪. 重庆理工大学学报(自然科学). 2015(02)
[6]库卡推出首款轻型人机协作机器人LBR iiwa[J]. 欣迪. 汽车与配件. 2014(45)
[7]适应环境刚度、阻尼参数未知或变化的机器人阻抗控制方法[J]. 李正义,曹汇敏. 中国机械工程. 2014(12)
[8]一种基于向量的空间圆检测方法[J]. 赵鹏飞. 大地测量与地球动力学. 2014(03)
[9]基于双目视觉的显著性区域检测[J]. 刘中,陈伟海,吴星明,邹宇华,王建华. 浙江大学学报(工学版). 2014(02)
[10]基于模糊控制的机器人柔顺装配研究[J]. 张铁,刘文波. 机械设计与研究. 2013(03)
博士论文
[1]双目立体视觉深度感知与三维重建若干问题研究[D]. 罗桂娥.中南大学 2012
[2]移动机器人原型的控制系统设计与环境建模研究[D]. 邹小兵.中南大学 2005
硕士论文
[1]基于阻抗控制的机械臂力/位置控制关键技术研究[D]. 王懂.山东大学 2018
[2]基于机器视觉的圆形工件位姿估计[D]. 桑孟雷.浙江大学 2018
[3]面向机器人装配任务的主动柔顺控制系统研究[D]. 廖琳静.北京邮电大学 2018
[4]基于双目视觉的机械手定位抓取技术的研究[D]. 徐凯.浙江大学 2018
[5]ABB工业机器人网络集成控制系统研究[D]. 孙志伟.燕山大学 2017
[6]基于双目视觉的机器人定位技术研究[D]. 何佳唯.江南大学 2016
[7]装配机器人作业过程控制系统应用与软件开发[D]. 赵敏.东南大学 2016
[8]六自由度机械臂阻抗控制方法研究[D]. 谢心如.哈尔滨工程大学 2016
[9]基于视觉/力传感器的机器人柔顺装配技术研究[D]. 李海龙.燕山大学 2014
[10]基于力传感器的工业机器人主动柔顺装配系统研究[D]. 林君健.华南理工大学 2013
本文编号：3644919
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