雪糕棒搬运机械臂的研究
发布时间：2021-06-07 22:28
“中国乳都升级版”战略决策的实施,推动了乳业发展的新浪潮,冰淇淋市场也因此得到了迅猛发展。雪糕棒作为冰淇淋辅料之一,市场需求量日益增加,雪糕棒加工企业迎来了前所未有的发展机遇。但是在雪糕棒加工生产中,各工序作业速率的不一致导致了各工序依然处于独立作业状态,且工序间的衔接还基本靠人工搬运来完成,不仅增加成本,还限制了雪糕棒的生产效率,同时增加了生产过程中雪糕棒的污染率。为满足现阶段雪糕棒日益增长的市场需求,工序间自动化衔接成为雪糕棒生产车间智能改造的重要内容。为了提高生产效率,实现两个不同工序之间的自动化衔接,本文对雪糕棒搬运机械臂进行了研究,提出了一种基于视觉的雪糕棒自动化搬运系统,并通过设计末端拾取工具实现雪糕棒的搬运。首先依据雪糕棒外形特点以及生产线之间的实际作业速率,针对生产线作业速率不一致的问题,制定了新的生产线布局方案,通过对比分析,确定了基于位置的双相机单目视觉控制方案以及DELTA机械臂为硬件主体,阐明了搬运系统整体方案的工作原理及流程,为雪糕棒搬运机械臂的研究奠定了理论基础和指明了研究方向。其次为了雪糕棒搬运过程的智能性与准确性,本文采用了基于机器视觉的位置定位方法,以...
【文章来源】：内蒙古工业大学内蒙古自治区
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
某生产工序与车间图
第一章绪论3搬运机械臂根据结构型式分为龙门式、悬臂式、侧壁式、摆臂式、关节式，而且结构型式也决定着负载能力[16]。码垛型的搬运机械臂的结构型式以直角坐标型和关节型为主[17]。如图1-2（a）直角坐标型码垛搬运机械臂，（b）关节型码垛搬运机械臂。两种类型的码垛机械臂传动方式不同，前者是通过同步带传动，后者则是利用电机直接驱动。目前市场上应用较为广泛的是关节型码垛搬运机械臂[18]。（a）直角坐标型码垛搬运机械臂（b）关节型码垛搬运机械臂图1-2直角坐标型和关节型搬运机械臂Fig.1-2TheCartesianandArticulatedRobots在快速轻巧方向的研究上，搬运机械臂结构型式以悬臂式和摆臂式为主。对于悬臂式机械臂主要为并联机械臂[19]。并联机械臂自1994年研发出来之后，有许多知名企业皆对其进行研究，如瑞士的ABB机器人公司、德国博力实机器人公司、以及中国的翼菲和勃肯特机器人公司，开发并生产了多种类型的并联机械臂。高校也是并联机械臂研发的中心，各大知名院校相关的研究人员也积极从事并联机构的研究，使得并联机械臂种类丰富，其自由度的个数从2~6不等，并应用于不同的场合[20]。如图1-3并联机械臂应用。对于摆臂式机械臂，主要是水平串联多关节机械臂（俗称SCARA），具有四个轴和四个自由度，包括X，Y，Z空间中的平移和围绕Z方向的旋转[21]。SCARA机械臂因快速运动特性被广泛应用，被制造成多种不同的形态，应用于不同的场合。因此国内外都对其进行研究，其中国外的三菱、欧姆龙、电装（DENSO）等；国内的华数、凯宝也都有涉猎。随着技术的发展，以小承载为特点的SCARA机械臂负载逐渐增大，目前凯宝公司生产的SCARA机械臂最大负载可达到30kg。如图1-4SCARA机械臂应用。
内蒙古工业大学硕士学位论文4图1-3并联机械臂应用图1-4SCARA机械臂应用Fig.1-3ParallelManipulatorApplicationFig.1-4SCARARobotArmApplication1.2.2基于视觉伺服的机器人的研究现状视觉伺服（VisualServo）是由Hill和Park于1979年提出的，其一般指采用摄像机等光学设备和对应的光学传感器接收与处理目标的图像，通过图像信息的反馈，让控制系统对机械臂或机器人做出相应的控制行为，现阶段主要用于智能设备技术方面[22]，广泛应用于智能制造平台的建立。视觉伺服分为两个概念——视觉和伺服。视觉即为机器视觉，利用摄像机与计算机技术模拟人类视觉，包含了对图像数据的捕捉、计算和判断。伺服则是相对于机器人或机械臂的控制。视觉伺服是包含从图像数据的处理，到智能设备运动控制的整个流程[23]。由于计算机与机器人技术的发展，对于视觉伺服与工业机器人的结合在国外发达国家研究发展较早，在二十世纪六十年代后期，麻省理工的Roberts在他的研究报告中讲到了以图像处理为基础从照片的二维信息可获得实物三维信息有很大的可能性，自此以后，机器视觉理论以及应用开发逐渐丰富与完备[24]。20世纪80年代以后，视觉研究逐渐从理论研究过渡到应用领域。到90年代，视觉伺服在工业环境中得到广泛应用[25]。当下，西方等重工业先进国家在视觉伺服领域的研究相对国内比较成熟，在生产上的应用也比较广泛与熟练，例如德国最先应用视觉伺服技术于汽车装配流水线上，保证无人化生产与产品质量的提高；欧姆龙、西门子等各大国外公司投入大量的人力和物力研究视觉方面的硬件和软件，以更好的与机器人控制进行结合。视觉伺服相关的技术已经成为机械臂控制方向的一个热门研究话题，同时也成为一门区别于机器人、控制理论和视觉信息处理等任何学科?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双目立体视觉的目标物测距研究[J]. 杨晨曦,华云松. 软件. 2020(01)
[2]六自由度Delta机器人运动学分析[J]. 乔文刚,冷俐平,张庆宇. 内蒙古科技与经济. 2019(13)
[3]无标定视觉伺服机器人跟踪控制策略研究[J]. 陈梅,车尚岳. 控制工程. 2019(06)
[4]基于STM32的越野搬运机器人的设计[J]. 吴浩源,曹亚磊,刘海,方飞扬,董楸煌. 南方农机. 2019(09)
[5]基于HALCON的汽车牌照识别研究[J]. 高永勋,任德均,严扎杰,陈儒侠. 精密制造与自动化. 2018(04)
[6]视觉引导的搬运机器手位置测量研究[J]. 刘文超,夏正乔,朱思斯,余坤,吴庆华. 传感技术学报. 2018(11)
[7]基于ANSYS的Delta并联机器人主动臂静力学和模态分析[J]. 胡世军,望扬,杨志云. 机械制造与自动化. 2018(05)
[8]生产线的平衡及优化研究[J]. 董雄报,程茜. 价值工程. 2018(32)
[9]3-CPaRR解耦并联机构弹性动力学建模与分析[J]. 王见,董虎,王兆东,刘俊辰,李盼盼,曹毅. 计算机集成制造系统. 2019(09)
[10]智能工厂综述[J]. 张泉灵,洪艳萍. 自动化仪表. 2018(08)
博士论文
[1]基于虚拟现实的机器人仿真研究[D]. 张克敏.重庆大学 2012
硕士论文
[1]基于ROS的打磨机器人控制系统研究[D]. 李天慧.哈尔滨工业大学 2019
[2]基于ROS的工业机械臂运动控制器的设计与实现[D]. 廖炜豪.华南理工大学 2019
[3]基于ROS的室内自主移动抓取机器人平台设计与研究[D]. 郝奇.安徽工业大学 2019
[4]工业机器人机械本体模块化设计及其部分软件的开发[D]. 赵冠楠.燕山大学 2018
[5]基于ANYLOGIC的动力电池生产系统仿真及优化研究[D]. 仝丽兵.天津工业大学 2018
[6]基于LabVIEW的机器视觉伺服系统开发平台的研究[D]. 吕金隆.青岛大学 2017
[7]工业机器人视觉伺服控制方法研究[D]. 徐鹏.长春工业大学 2017
[8]棉桶搬运机器人的静力学与动态特性分析[D]. 刘燕.山东科技大学 2017
[9]超大尺寸瓷板码垛机器人工作站系统设计与运动仿真研究[D]. 高颖超.山东理工大学 2017
[10]基于FLEXSIM的A公司生产线平衡问题优化研究[D]. 田凌峰.成都理工大学 2017
本文编号：3217430
【文章来源】：内蒙古工业大学内蒙古自治区
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
某生产工序与车间图
第一章绪论3搬运机械臂根据结构型式分为龙门式、悬臂式、侧壁式、摆臂式、关节式，而且结构型式也决定着负载能力[16]。码垛型的搬运机械臂的结构型式以直角坐标型和关节型为主[17]。如图1-2（a）直角坐标型码垛搬运机械臂，（b）关节型码垛搬运机械臂。两种类型的码垛机械臂传动方式不同，前者是通过同步带传动，后者则是利用电机直接驱动。目前市场上应用较为广泛的是关节型码垛搬运机械臂[18]。（a）直角坐标型码垛搬运机械臂（b）关节型码垛搬运机械臂图1-2直角坐标型和关节型搬运机械臂Fig.1-2TheCartesianandArticulatedRobots在快速轻巧方向的研究上，搬运机械臂结构型式以悬臂式和摆臂式为主。对于悬臂式机械臂主要为并联机械臂[19]。并联机械臂自1994年研发出来之后，有许多知名企业皆对其进行研究，如瑞士的ABB机器人公司、德国博力实机器人公司、以及中国的翼菲和勃肯特机器人公司，开发并生产了多种类型的并联机械臂。高校也是并联机械臂研发的中心，各大知名院校相关的研究人员也积极从事并联机构的研究，使得并联机械臂种类丰富，其自由度的个数从2~6不等，并应用于不同的场合[20]。如图1-3并联机械臂应用。对于摆臂式机械臂，主要是水平串联多关节机械臂（俗称SCARA），具有四个轴和四个自由度，包括X，Y，Z空间中的平移和围绕Z方向的旋转[21]。SCARA机械臂因快速运动特性被广泛应用，被制造成多种不同的形态，应用于不同的场合。因此国内外都对其进行研究，其中国外的三菱、欧姆龙、电装（DENSO）等；国内的华数、凯宝也都有涉猎。随着技术的发展，以小承载为特点的SCARA机械臂负载逐渐增大，目前凯宝公司生产的SCARA机械臂最大负载可达到30kg。如图1-4SCARA机械臂应用。
内蒙古工业大学硕士学位论文4图1-3并联机械臂应用图1-4SCARA机械臂应用Fig.1-3ParallelManipulatorApplicationFig.1-4SCARARobotArmApplication1.2.2基于视觉伺服的机器人的研究现状视觉伺服（VisualServo）是由Hill和Park于1979年提出的，其一般指采用摄像机等光学设备和对应的光学传感器接收与处理目标的图像，通过图像信息的反馈，让控制系统对机械臂或机器人做出相应的控制行为，现阶段主要用于智能设备技术方面[22]，广泛应用于智能制造平台的建立。视觉伺服分为两个概念——视觉和伺服。视觉即为机器视觉，利用摄像机与计算机技术模拟人类视觉，包含了对图像数据的捕捉、计算和判断。伺服则是相对于机器人或机械臂的控制。视觉伺服是包含从图像数据的处理，到智能设备运动控制的整个流程[23]。由于计算机与机器人技术的发展，对于视觉伺服与工业机器人的结合在国外发达国家研究发展较早，在二十世纪六十年代后期，麻省理工的Roberts在他的研究报告中讲到了以图像处理为基础从照片的二维信息可获得实物三维信息有很大的可能性，自此以后，机器视觉理论以及应用开发逐渐丰富与完备[24]。20世纪80年代以后，视觉研究逐渐从理论研究过渡到应用领域。到90年代，视觉伺服在工业环境中得到广泛应用[25]。当下，西方等重工业先进国家在视觉伺服领域的研究相对国内比较成熟，在生产上的应用也比较广泛与熟练，例如德国最先应用视觉伺服技术于汽车装配流水线上，保证无人化生产与产品质量的提高；欧姆龙、西门子等各大国外公司投入大量的人力和物力研究视觉方面的硬件和软件，以更好的与机器人控制进行结合。视觉伺服相关的技术已经成为机械臂控制方向的一个热门研究话题，同时也成为一门区别于机器人、控制理论和视觉信息处理等任何学科?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双目立体视觉的目标物测距研究[J]. 杨晨曦,华云松. 软件. 2020(01)
[2]六自由度Delta机器人运动学分析[J]. 乔文刚,冷俐平,张庆宇. 内蒙古科技与经济. 2019(13)
[3]无标定视觉伺服机器人跟踪控制策略研究[J]. 陈梅,车尚岳. 控制工程. 2019(06)
[4]基于STM32的越野搬运机器人的设计[J]. 吴浩源,曹亚磊,刘海,方飞扬,董楸煌. 南方农机. 2019(09)
[5]基于HALCON的汽车牌照识别研究[J]. 高永勋,任德均,严扎杰,陈儒侠. 精密制造与自动化. 2018(04)
[6]视觉引导的搬运机器手位置测量研究[J]. 刘文超,夏正乔,朱思斯,余坤,吴庆华. 传感技术学报. 2018(11)
[7]基于ANSYS的Delta并联机器人主动臂静力学和模态分析[J]. 胡世军,望扬,杨志云. 机械制造与自动化. 2018(05)
[8]生产线的平衡及优化研究[J]. 董雄报,程茜. 价值工程. 2018(32)
[9]3-CPaRR解耦并联机构弹性动力学建模与分析[J]. 王见,董虎,王兆东,刘俊辰,李盼盼,曹毅. 计算机集成制造系统. 2019(09)
[10]智能工厂综述[J]. 张泉灵,洪艳萍. 自动化仪表. 2018(08)
博士论文
[1]基于虚拟现实的机器人仿真研究[D]. 张克敏.重庆大学 2012
硕士论文
[1]基于ROS的打磨机器人控制系统研究[D]. 李天慧.哈尔滨工业大学 2019
[2]基于ROS的工业机械臂运动控制器的设计与实现[D]. 廖炜豪.华南理工大学 2019
[3]基于ROS的室内自主移动抓取机器人平台设计与研究[D]. 郝奇.安徽工业大学 2019
[4]工业机器人机械本体模块化设计及其部分软件的开发[D]. 赵冠楠.燕山大学 2018
[5]基于ANYLOGIC的动力电池生产系统仿真及优化研究[D]. 仝丽兵.天津工业大学 2018
[6]基于LabVIEW的机器视觉伺服系统开发平台的研究[D]. 吕金隆.青岛大学 2017
[7]工业机器人视觉伺服控制方法研究[D]. 徐鹏.长春工业大学 2017
[8]棉桶搬运机器人的静力学与动态特性分析[D]. 刘燕.山东科技大学 2017
[9]超大尺寸瓷板码垛机器人工作站系统设计与运动仿真研究[D]. 高颖超.山东理工大学 2017
[10]基于FLEXSIM的A公司生产线平衡问题优化研究[D]. 田凌峰.成都理工大学 2017
本文编号：3217430
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