基于視覺的裝配機器人精確定位分析

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1、基于視覺的裝配機器人精確定位分析  摘要:現(xiàn)代社會經(jīng)濟發(fā)展形勢下,自動化運行程度普遍提升,自動化裝配精度要求也逐漸提高,為更好的滿足自動化裝配精度要求,基于視覺的裝配機器人裝配系統(tǒng)逐漸得到廣泛應(yīng)用。本文簡要探討基于視覺的裝配機器人精密裝配系統(tǒng)集成以及設(shè)備通信方式,并對坐標系標頂進行合理設(shè)計,對坐標值進行準確計算,促進視覺系統(tǒng)對機器人精確定位的智能引導的順利實現(xiàn),全面提高機器人裝配系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性?! £P(guān)鍵詞:視覺;裝配機器人;精確定位;圖像處理;坐標系標定  就當前我國制造領(lǐng)域的實際情況來看,裝配

2、機器人的合理應(yīng)用,在提高生產(chǎn)效率方面發(fā)揮著重要的作用。傳統(tǒng)的裝配機器人在自動化生產(chǎn)線上,僅僅能夠?qū)潭ㄊ窘涛恢眠M行單一執(zhí)行,而現(xiàn)代機器人抓取點固定后,對定位工裝有著嚴格的精度要求,為促進裝配機器人在制造行業(yè)內(nèi)的有效應(yīng)用,應(yīng)當對機器人的手爪及相關(guān)輔助機構(gòu)進行精心設(shè)計,確保其加抓取精度滿足現(xiàn)代制造行業(yè)精密裝配的具體要求,通過視覺引入的方式促進裝配機器人精確定位和智能抓取的順利實現(xiàn)?! ?系統(tǒng)組成及通信方式  本文構(gòu)建了一套以視覺為引導的機器人精密裝配系統(tǒng),本系統(tǒng)由輸送線體、定位工裝、四軸機器人、專用電

3、缸手爪和視覺系統(tǒng)等組成。相機采用移動式安裝,固定在機器人手爪上跟隨手爪移動,機器人手爪結(jié)構(gòu)如圖1所示,兩臺相機平行安裝并且垂直于水平面,只用其中一臺相機定位。5  本系統(tǒng)通過PLC進行系統(tǒng)集成,實現(xiàn)系統(tǒng)控制,不同設(shè)備支持的通信協(xié)議(工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS等)不同,具體的通信方式需要根據(jù)實際情況選擇。對于機器人與視覺系統(tǒng)的交互方式,主要有以下兩種:(1)機器人與視覺系統(tǒng)直接通信。機器人與視覺系統(tǒng)構(gòu)建一個子系統(tǒng),機器人直接獲取視覺系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息,PLC只與機器人通信,不再與視覺系統(tǒng)通信,當PLC

4、需要視覺信息時,可經(jīng)由機器人反饋獲取。該方式的優(yōu)點是減少通信中間環(huán)節(jié),使通信更加直接可靠。(2)機器人通過PLC與視覺系統(tǒng)間接通信。首先PLC把視覺系統(tǒng)傳送的數(shù)據(jù)信息進行分析,然后把機器人需要的信息轉(zhuǎn)發(fā)給機器人。該方式的優(yōu)點是便于PLC分析視覺信息做出整體的控制調(diào)配。本系統(tǒng)因需要進行工件定位、判斷有無、正反以及檢測等大量數(shù)據(jù)分析,所以選擇了第2種通信方式?! ?系統(tǒng)定位工作流程  在系統(tǒng)定位工作中,設(shè)備啟動后,將機器人移動至拍照點,PLC觸發(fā)拍照后,基于視覺要素的基礎(chǔ)上對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行準確的分析計算

5、,得出拍照結(jié)果。若1次失敗,開展2次拍照,若2次失敗,開展3次拍照,若3次失敗,則應(yīng)當立即停止拍照。拍照成功后,運用PLC對各項數(shù)據(jù)進行分析,掌握當前系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù)狀態(tài),若數(shù)據(jù)狀態(tài)正常,則依據(jù)PLC將數(shù)據(jù)傳送至機器人,將機器人移動到抓取點,從而完成系統(tǒng)定位。若PLC分析后數(shù)據(jù)狀態(tài)異常則應(yīng)當停止操作?! ?精確定位關(guān)鍵技術(shù)  3.1圖像處理5  在系統(tǒng)運行過程中,原始圖像質(zhì)量的好與壞,直接關(guān)系著圖像數(shù)據(jù)分析的準確性和可靠性,進一步影響著定位精度。因此在系統(tǒng)運行過程中,若環(huán)境光源穩(wěn)定且背光調(diào)節(jié)適當,應(yīng)

6、當對曝光調(diào)整、圖像與處理等方式進行合理利用,明確圖像具體信息,為圖像處理質(zhì)量的提升提供可靠的基礎(chǔ)?! ?.2坐標系標定  就實際情況來看,視覺系統(tǒng)從拍攝的圖片中提取出的信息具有一定特殊性,其作為像素點信息,在實際應(yīng)用中能夠保證相機視野和機器人法蘭保持良好的水平狀態(tài),將視覺系統(tǒng)的二維坐標系轉(zhuǎn)換為裝配機器人的二維坐標系,在這一過程中,即實現(xiàn)了坐標系的準確標定?;谝曈X的裝配機器人的精確定位分析中,以當前物距下的坐標作為視覺系統(tǒng)的像素點坐標,以機器人坐標為機器人法蘭中心點的坐標。  在坐標系標定的過程中

7、,先將機器人一道拍照點,將標定耙紙置于相機視野內(nèi),在明確靶紙上標靶圓心后,找準像素點坐標,并設(shè)置標準的坐標點,將機器人手爪中心軸上的頂針進行移動,直至移動到標靶圓心后,對機器人的X、Y軸坐標點進行準確記錄,為后期操作提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。在明確坐標點后,設(shè)置視覺系統(tǒng)坐標系的基以及機器人X、Y軸坐標系的基,進一步探索二者之間的對應(yīng)關(guān)系矩陣。通過分析研究可知,依據(jù)任意兩組視覺系統(tǒng)坐標系以及機器人坐標系的坐標值,能夠明確坐標系的相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù),在坐標系標定的過程中,視覺系統(tǒng)中任意像素點坐標逐漸轉(zhuǎn)換為機器人X

8、、Y軸坐標,為裝配機器人的定位提供可靠的數(shù)據(jù)支撐?! ?.3機器人抓取點的獲取5  基于視覺的裝配機器人精確定位過程中,待坐標系標定后,應(yīng)當依據(jù)相機是也內(nèi)尋找的工裝或工件上的特征點加以深入分析,掌握好機器人坐標系后,明確裝配機器人的具體坐標值,依據(jù)抓取點的X、Y軸坐標值和角度補償進行準確計算和分析,將其轉(zhuǎn)換為裝配機器人坐標系下的坐標值后,可得如圖2所示的模型?! ⊥ㄟ^對圖2進行觀察和分析可知,相機安裝位置的差異也會在一定程度上影響裝配機器人定位的準確性。若相機的安裝位置位于機器人法

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