基于视觉定位的上下料机械手系统研究

发布时间：2017-10-26 05:34

  本文关键词：基于视觉定位的上下料机械手系统研究

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【摘要】：工程机械是现代化工业的重要组成部分,在国防建设、城市建设、环境保护、交通运输、能源工业、原材料工业建设等方面有着广泛的应用。履带轮是履带式工程机械的重要组成部分,为了获得更好的力学性能,该零件的加工必须经过淬火和回火处理。目前履带轮热处理工业现场环境恶劣,自动化水平较低,工作效率不高,履带轮淬火后搬运时间不能保证。为了严格控制淬火和回火之间的准备时间,保证工件的质量,提高整个加工过程的效率,研究开发一套自动化搬运设备显得十分重要。本文以横向项目履带轮自动上下料生产线系统为背景,首先介绍了国内外机器人研究现状和计算机视觉的发展现状,并着重论述了机器人视觉的发展,以及目前常用的视觉处理方案。在此基础上,根据项目的要求提出了机械手的整体构建方案,并对系统中用到的关键技术进行了研究。根据工业现场上下料过程中出现的问题以及工件的形状特征,进行了机械手整体结构设计,并开发出一种新型专用手爪。使整个机械手除了具有搬运功能外,还能实时的监测手爪与工件的位置关系,防止碰撞发生;并在出现抓取偏差时检测出工件中心与手爪中心的偏移量,实时纠正偏差,完成抓取过程的自动定中要求。针对工业现场不利于采用标定板进行标定的特点,在传统标定方式的基础上提出了一种利用工件进行非均匀标定的方法。根据工件出现在视觉区域的位置,确定可标定的视觉范围,即视觉的重点标定区域,利用工件的实际坐标和图像坐标的匹配点确定标定点,通过一组标定点采用局部线性插值完成对像机的快速标定,并用来辅助机械手系统完成对工件的视觉定位。搭建试验平台,进行软件程序编写,通过实验验证该方法的可行性,并进一步分析了同一区域内,标定点个数和定位误差的关系。之后对通过实验获得的大量数据进行数理统计,工件在工件框内九个区间上符合正态分布,与所提出的非均匀标定法的结果相吻合,进而验证了基于视觉定位上下料系统的实用性。
【关键词】：履带轮 机械手 防碰撞手爪 视觉定位 非均匀标定
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP241
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题的研究背景及意义9
• 1.2 国内外相关领域研究现状9-14
• 1.2.1 机器人研究现状9-11
• 1.2.2 机器视觉研究现状11-12
• 1.2.3 像机标定12-13
• 1.2.4 图像处理技术13-14
• 1.3 本课题主要研究内容14-17
• 第二章 上下料直角坐标机械手系统总体结构设计17-25
• 2.1 引言17
• 2.2 上下料机械手系统方案设计17-19
• 2.3 控制系统硬件设计19-23
• 2.3.1 上下料机械手控制系统总体结构19
• 2.3.2 硬件选型19-23
• 2.4 上下料机械手软件控制系统23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 上下料机械手结构设计25-41
• 3.1 引言25
• 3.2 工件分析25-27
• 3.3 上下料机械手主要技术参数27-28
• 3.3.1 上下料机械手自由度27
• 3.3.2 上下料机械手的定位精度27-28
• 3.3.3 上下料机械手工作范围28
• 3.3.4 上下料机械手的允许运行速度和承载能力28
• 3.4 上下料机械手结构设计28-36
• 3.4.1 上下料机械手本体结构设计29-30
• 3.4.2 上下料机械手末端防碰撞手爪结构设计30-36
• 3.5 关键组件选取与校核36-40
• 3.5.1 X轴方向运动组件的设计36-37
• 3.5.2 Y轴方向运动组件的设计37
• 3.5.3 Z轴方向运动组件的设计37-38
• 3.5.4 手爪组件的设计38-39
• 3.5.5 机械手各部分运动时间的校核39-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第四章 上下料机械手控制系统关键技术41-59
• 4.1 引言41
• 4.2 视觉系统标定41-47
• 4.2.1 像机线性成像模型41-43
• 4.2.2 图像畸变分析43-44
• 4.2.3 局部线性化的标定方法44-47
• 4.3 工件世界坐标提取47-50
• 4.4 工件图像坐标提取50-55
• 4.4.1 图像采集处理50-51
• 4.4.2 工件识别51-52
• 4.4.3 工件定位52-55
• 4.5 基于单目视觉定位控制流程55-57
• 4.6 本章小结57-59
• 第五章 系统实验59-71
• 5.1 引言59
• 5.2 上下料机械手实验平台的搭建59-61
• 5.3 上下料机械手系统实验结果与相关分析61-70
• 5.3.1 碰撞检测61-67
• 5.3.2 探头自动定中精度测量67-68
• 5.3.3 图像中心提取精度实验68-69
• 5.3.4 视觉标定精度实验69-70
• 5.4 本章小结70-71
• 第六章 结论与展望71-73
• 参考文献73-77
• 致谢77

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本文编号：1097274