基于視覺引導的工業(yè)機器人軌跡規(guī)劃算法研究

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1、論文分類號：２學校代碼：１０７０８學號：１５０６０１８ＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ碩士學位論文Ｔ’ｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ基于視覺引導的工業(yè)機器人軌跡規(guī)劃算法研究候金良指導教師姓名：黨宏社教授學科名稱：控制理論與控制工程論文提交＂日期：２０１８年３月論文答辯日期：２０１８年５月學位授予單位：陜西科技大學申請工學碩士學位論文論文題目：基于視覺引導的工業(yè)機器人軌跡規(guī)劃算法研究學科門類：工學一級學科：控制科學與工程培養(yǎng)單位：電氣與信息工程學院碩士生：候金良導師：黨宏社

2、教授2018年5月STUDYONTRAJECTORYPLANNINGALGORITHMOFINDUSTRIALROBOTBASEDONVISUALGUIDANCEAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByJinliangHouSupervisor:Prof.HongsheDangMay2018基于視覺引導的工業(yè)機器人軌跡規(guī)劃算法研究摘要工業(yè)機器人目前已被應用到

3、智能制造的各個方面，與機器視覺相結合是工業(yè)機器人發(fā)展的必然趨勢。機器視覺可增強機器人的環(huán)境感知能力，拓寬其應用范圍?；谝曈X引導的軌跡規(guī)劃，可提高機器人的適應能力，減少機械沖擊與振動，延長其使用壽命。本文以工件裝配為背景，研究基于視覺引導的工業(yè)機器人軌跡規(guī)劃算法，具體工作分為以下四個部分：（1）機器人視覺系統(tǒng)研究。分析了單目和雙目視覺的成像原理及標定方法。針對單目視覺系統(tǒng)，設計了基于圖像獲取、標準模板建立以及相似性度量的模板匹配算法，對工件進行定位；針對雙目視覺系統(tǒng)，設計了基于灰度閾值分割、霍夫變換和立體匹配的視覺算法，實現(xiàn)了工件的三維定位。（2）機器人運動學建模研究。介紹了機器人的

4、位姿描述、坐標變換以及D-H建模方法，根據(jù)四自由度SCARA和六自由度ABB機器人的結構，建立了其D-H坐標系，利用D-H參數(shù)求解機器人的正運動學模型，反解得到其逆運動學模型，最后對模型進行了驗證，證明了模型的正確性。（3）基于視覺引導的軌跡規(guī)劃算法研究。研究了現(xiàn)有的機器人軌跡規(guī)劃算法，并進行了比較。針對四軸機器人平面裝配系統(tǒng)，利用單目視覺完成工件定位，利用五次多項式插值算法進行軌跡規(guī)劃，通過對各個關節(jié)運動軌跡的仿真，驗證了算法的有效性；針對六軸機器人裝配系統(tǒng)，利用雙目視覺完成工件的三維定位，設計了直線插補與五次多項式插值相結合的軌跡規(guī)劃算法，與常用插值算法進行了比較，證明本文算法具

5、有更好的性能。（4）機器人裝配系統(tǒng)搭建。實現(xiàn)了基于單目視覺的SCARA和基于雙目視覺的ABB機器人裝配系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件主要由工業(yè)相機、機器人和工控機組成，軟件包括圖像處理程序、軌跡規(guī)劃程序、Socket通信程序、目標裝配程序和人機交互界面。為了驗證系統(tǒng)的功能，設計了相機標定、工件定位和機器人裝配實驗。實驗證明單、雙目視覺的標定誤差分別為0.0337和0.001個像素；I單目視覺識別率為98%，定位最大誤差為5個像素，匹配時間為20ms；雙目視覺定位最大誤差為6個像素，高度測量誤差為0.5mm，定位時間為100ms。在裝配實驗中機器人可精確完成工件的裝配任務，證明該系統(tǒng)可以實現(xiàn)基于機器視

6、覺的工業(yè)機器人在線軌跡規(guī)劃。關鍵詞：工業(yè)機器人，軌跡規(guī)劃，視覺引導，運動學建模，裝配系統(tǒng)IISTUDYONTRAJECTORYPLANNINGALGORITHMOFINDUSTRIALROBOTBASEDONVISUALGUIDANCEABSTRACTIndustrialrobotsarenowappliedtoallaspectsofintelligentmanufacturing,combiningwithmachinevisionistheinevitabletrendofthedevelopmentofindustrialrobots.Theenvironmentpercep

7、tionabilityisenhancedoftherobotanditsapplicationscopeiswidenedbymachinevision.Applicationoftrajectoryplanningbasedonvisualguidance,theadaptabilityoftherobotisimproved,themechanicalimpactandvibrationarereduced,anditsservicelifeispr