基于视觉引导的机器人激光打孔系统设计研究
发布时间：2022-10-04 19:14
在传统的打孔工艺中,需要利用夹具对零件进行定位与夹紧。但夹具对零件的硬度有限制,且部分专用夹具成本较高。针对上述问题,本文将激光打孔、机器人与视觉技术结合,设计了基于视觉引导的机器人激光打孔控制系统。相比传统的打孔系统,本文所设计的系统不需要夹具,且系统精度满足实际需求。本文具体的研究内容如下:根据打孔的需求,设计了打孔系统所需硬件。同时参考CNC加工流程,将整个控制系统分为:通讯模块、执行模块、视觉定位模块与轨迹规划模块。同时在通讯模块中,根据硬件之间的通讯协议,利用Qt-Creator编写通讯系统。在执行模块中,根据模块的硬件,建立执行模块的运动学模型。并根据模型的复杂程度,着重分析机器人的正逆运动学模型。采用DH参数法建立机器人的正运动学模型,并根据机器人的正运动学模型提出了基于封闭解法、SQP算法与BP-SQP算法的机器人逆运动学模型。并展开仿真实验,分析不同逆运动学模型的精度与时间复杂度,并根据其精度与时间复杂度确定了不同逆解法的使用场景。在视觉定位模块中,根据摄像头的成像模型与零件的点云信息,实现了零件的视觉定位。首先,采用棋盘标点法确定摄像头的内外参数矩阵。其次,利用零件...
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 研究背景
1.2 研究目的与意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 激光打孔技术的国内外研究现状
1.3.2 视觉引导的国内外研究现状
1.3.3 机器人运动学的国内外研究现状
1.4 论文的主要研究内容
第2章 控制系统模块分析
2.1 系统需求分析
2.2 控制系统模块分解
2.3 通讯模块
2.3.1 运动滑台控制模块与激光控制模块
2.3.2 机器人控制模块
2.3.3 视觉定位模块与轨迹规划模块
2.4 控制系统模型
2.5 本章小结
第3章 执行模块运动学模型
3.1 加工平台物理模型
3.2 执行模块的运动学模型
3.3 UR5 机器人正运动学模型
3.4 UR5 机器人逆运动学模型
3.4.1 基于封闭解法的逆运动学模型
3.4.2 基于SQP算法的逆解模型
3.4.3 基于BP-SQP算法的逆运动学模型
3.4.4机器人逆解算法的仿真实验
3.5 机器人逆解算法的选择
3.6 本章小结
第4章 摄像机成像系统与标定研究
4.1 摄像机成像原理
4.2 摄像机成像模型
4.2.1 理想成像模型
4.2.2 摄像头畸变模型
4.3 摄像头的标定
4.3.1 摄像头单应性矩阵求取
4.3.2 摄像头内外参数求解
4.3.3 摄像头畸变参数求解
4.3.4 参数优化
4.4 摄像机标定实验
4.5 本章小结
第5章 零件的定位
5.1 目标零件的点云模型
5.1.1 STL文件的解析
5.1.2 三角片填充算法
5.1.3 目标轨迹点法向的确定
5.2 视觉引导定位算法
5.2.1 图像畸变校正
5.2.2 棋盘位姿的标定
5.2.3 摄像头夹具位姿的测量
5.2.4 零件原点测量
5.2.5仿真实验
5.3 零件的整体定位
5.4 本章小结
第6章 工作平台轨迹规划
6.1 轨迹提取
6.2 轨迹规划模型
6.2.1 打孔阶段轨迹规划
6.2.2 进给阶段中的轨迹规划
6.2.3 最小圆生成算法
6.2.4 基于GA算法的小区域TSP模型求解
6.2.5 基于GA算法的大区域TSP模型求解
6.3 本章小结
第7章 实验研究
7.1 控制系统运行流程
7.2 控制系统界面
7.3 仿真实验
7.3.1 视觉引导实验
7.3.2 轨迹规划实验
7.4 本章小结
第8章 总结与展望
参考文献
致谢
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于BP和RBF神经网络的机器人逆运动学算法[J]. 陈睿,闵华松. 机床与液压. 2019(23)
[2]四元数等式约束最小二乘问题与四元数KKT方程的等价性[J]. 张彦珍,李莹,赵建立,王刚. 高等学校计算数学学报. 2019(03)
[3]TC4钛合金激光打孔及切割工艺研究[J]. 侯红玲,吴辰,吕瑞虎,李巧. 应用激光. 2019(04)
[4]基于边缘拟合的双目视觉定位与测量方法[J]. 方建中,许四祥,杨宇,王洋. 光学技术. 2019(04)
[5]基于多种群遗传算法的一般机器人逆运动学求解[J]. 林阳,赵欢,丁汉. 机械工程学报. 2017(03)
[6]一类不满足Pieper准则的机器人逆运动学解析解获取方法[J]. 于凌涛,王文杰,王正雨,谷庆,王岚. 机器人. 2016(04)
[7]A binocular vision-based UAVs autonomous aerial refueling platform[J]. Haibin DUAN,Han LI,Qinan LUO,Cong ZHANG,Cong LI,Pei LI,Yimin DENG. Science China（Information Sciences）. 2016(05)
[8]基于改进SURF算法的双目视觉定位[J]. 韩峰,李晓斌. 电视技术. 2015(23)
[9]基于吴方法的6R机器人逆运动学旋量方程求解[J]. 吕世增,张大卫,刘海年. 机械工程学报. 2010(17)
[10]Study on the position and orientation measurement method with monocular vision system[J]. 王鹏,肖旭,张子森,孙长库. Chinese Optics Letters. 2010(01)
硕士论文
[1]复杂曲面激光打孔成套设备与工艺研究[D]. 王靖远.沈阳工业大学 2018
[2]水下双目视觉定位系统开发与应用研究[D]. 殷莉甜.华南理工大学 2016
[3]多子群分层粒子群差分算法在机器人逆运动学中的应用[D]. 杨鹏.湖南大学 2015
[4]激光旋转打孔技术的研究[D]. 王砚丽.华中科技大学 2012
[5]响应曲面法优化激光打孔工艺参数的研究[D]. 谭波.华中科技大学 2011
本文编号：3685606
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 研究背景
1.2 研究目的与意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 激光打孔技术的国内外研究现状
1.3.2 视觉引导的国内外研究现状
1.3.3 机器人运动学的国内外研究现状
1.4 论文的主要研究内容
第2章 控制系统模块分析
2.1 系统需求分析
2.2 控制系统模块分解
2.3 通讯模块
2.3.1 运动滑台控制模块与激光控制模块
2.3.2 机器人控制模块
2.3.3 视觉定位模块与轨迹规划模块
2.4 控制系统模型
2.5 本章小结
第3章 执行模块运动学模型
3.1 加工平台物理模型
3.2 执行模块的运动学模型
3.3 UR5 机器人正运动学模型
3.4 UR5 机器人逆运动学模型
3.4.1 基于封闭解法的逆运动学模型
3.4.2 基于SQP算法的逆解模型
3.4.3 基于BP-SQP算法的逆运动学模型
3.4.4机器人逆解算法的仿真实验
3.5 机器人逆解算法的选择
3.6 本章小结
第4章 摄像机成像系统与标定研究
4.1 摄像机成像原理
4.2 摄像机成像模型
4.2.1 理想成像模型
4.2.2 摄像头畸变模型
4.3 摄像头的标定
4.3.1 摄像头单应性矩阵求取
4.3.2 摄像头内外参数求解
4.3.3 摄像头畸变参数求解
4.3.4 参数优化
4.4 摄像机标定实验
4.5 本章小结
第5章 零件的定位
5.1 目标零件的点云模型
5.1.1 STL文件的解析
5.1.2 三角片填充算法
5.1.3 目标轨迹点法向的确定
5.2 视觉引导定位算法
5.2.1 图像畸变校正
5.2.2 棋盘位姿的标定
5.2.3 摄像头夹具位姿的测量
5.2.4 零件原点测量
5.2.5仿真实验
5.3 零件的整体定位
5.4 本章小结
第6章 工作平台轨迹规划
6.1 轨迹提取
6.2 轨迹规划模型
6.2.1 打孔阶段轨迹规划
6.2.2 进给阶段中的轨迹规划
6.2.3 最小圆生成算法
6.2.4 基于GA算法的小区域TSP模型求解
6.2.5 基于GA算法的大区域TSP模型求解
6.3 本章小结
第7章 实验研究
7.1 控制系统运行流程
7.2 控制系统界面
7.3 仿真实验
7.3.1 视觉引导实验
7.3.2 轨迹规划实验
7.4 本章小结
第8章 总结与展望
参考文献
致谢
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于BP和RBF神经网络的机器人逆运动学算法[J]. 陈睿,闵华松. 机床与液压. 2019(23)
[2]四元数等式约束最小二乘问题与四元数KKT方程的等价性[J]. 张彦珍,李莹,赵建立,王刚. 高等学校计算数学学报. 2019(03)
[3]TC4钛合金激光打孔及切割工艺研究[J]. 侯红玲,吴辰,吕瑞虎,李巧. 应用激光. 2019(04)
[4]基于边缘拟合的双目视觉定位与测量方法[J]. 方建中,许四祥,杨宇,王洋. 光学技术. 2019(04)
[5]基于多种群遗传算法的一般机器人逆运动学求解[J]. 林阳,赵欢,丁汉. 机械工程学报. 2017(03)
[6]一类不满足Pieper准则的机器人逆运动学解析解获取方法[J]. 于凌涛,王文杰,王正雨,谷庆,王岚. 机器人. 2016(04)
[7]A binocular vision-based UAVs autonomous aerial refueling platform[J]. Haibin DUAN,Han LI,Qinan LUO,Cong ZHANG,Cong LI,Pei LI,Yimin DENG. Science China（Information Sciences）. 2016(05)
[8]基于改进SURF算法的双目视觉定位[J]. 韩峰,李晓斌. 电视技术. 2015(23)
[9]基于吴方法的6R机器人逆运动学旋量方程求解[J]. 吕世增,张大卫,刘海年. 机械工程学报. 2010(17)
[10]Study on the position and orientation measurement method with monocular vision system[J]. 王鹏,肖旭,张子森,孙长库. Chinese Optics Letters. 2010(01)
硕士论文
[1]复杂曲面激光打孔成套设备与工艺研究[D]. 王靖远.沈阳工业大学 2018
[2]水下双目视觉定位系统开发与应用研究[D]. 殷莉甜.华南理工大学 2016
[3]多子群分层粒子群差分算法在机器人逆运动学中的应用[D]. 杨鹏.湖南大学 2015
[4]激光旋转打孔技术的研究[D]. 王砚丽.华中科技大学 2012
[5]响应曲面法优化激光打孔工艺参数的研究[D]. 谭波.华中科技大学 2011
本文编号：3685606
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