基于视觉引导的工业机器人轨迹规划算法研究

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1、论文分类号：２学校代码：１０７０８学号：１５０６０１８ＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文Ｔ’ｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ基于视觉引导的工业机器人轨迹规划算法研究候金良指导教师姓名：党宏社教授学科名称：控制理论与控制工程论文提交＂日期：２０１８年３月论文答辩日期：２０１８年５月学位授予单位：陕西科技大学申请工学硕士学位论文论文题目：基于视觉引导的工业机器人轨迹规划算法研究学科门类：工学一级学科：控制科学与工程培养单位：电气与信息工程学院硕士生：候金良导师：党宏社

2、教授2018年5月STUDYONTRAJECTORYPLANNINGALGORITHMOFINDUSTRIALROBOTBASEDONVISUALGUIDANCEAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByJinliangHouSupervisor:Prof.HongsheDangMay2018基于视觉引导的工业机器人轨迹规划算法研究摘要工业机器人目前已被应用到

3、智能制造的各个方面，与机器视觉相结合是工业机器人发展的必然趋势。机器视觉可增强机器人的环境感知能力，拓宽其应用范围。基于视觉引导的轨迹规划，可提高机器人的适应能力，减少机械冲击与振动，延长其使用寿命。本文以工件装配为背景，研究基于视觉引导的工业机器人轨迹规划算法，具体工作分为以下四个部分：（1）机器人视觉系统研究。分析了单目和双目视觉的成像原理及标定方法。针对单目视觉系统，设计了基于图像获取、标准模板建立以及相似性度量的模板匹配算法，对工件进行定位；针对双目视觉系统，设计了基于灰度阈值分割、霍夫变换和立体匹配的视觉算法，实现了工件的三维定位。（2）机器人运动学建模研究。介绍了机器人的

4、位姿描述、坐标变换以及D-H建模方法，根据四自由度SCARA和六自由度ABB机器人的结构，建立了其D-H坐标系，利用D-H参数求解机器人的正运动学模型，反解得到其逆运动学模型，最后对模型进行了验证，证明了模型的正确性。（3）基于视觉引导的轨迹规划算法研究。研究了现有的机器人轨迹规划算法，并进行了比较。针对四轴机器人平面装配系统，利用单目视觉完成工件定位，利用五次多项式插值算法进行轨迹规划，通过对各个关节运动轨迹的仿真，验证了算法的有效性；针对六轴机器人装配系统，利用双目视觉完成工件的三维定位，设计了直线插补与五次多项式插值相结合的轨迹规划算法，与常用插值算法进行了比较，证明本文算法具

5、有更好的性能。（4）机器人装配系统搭建。实现了基于单目视觉的SCARA和基于双目视觉的ABB机器人装配系统。系统硬件主要由工业相机、机器人和工控机组成，软件包括图像处理程序、轨迹规划程序、Socket通信程序、目标装配程序和人机交互界面。为了验证系统的功能，设计了相机标定、工件定位和机器人装配实验。实验证明单、双目视觉的标定误差分别为0.0337和0.001个像素；I单目视觉识别率为98%，定位最大误差为5个像素，匹配时间为20ms；双目视觉定位最大误差为6个像素，高度测量误差为0.5mm，定位时间为100ms。在装配实验中机器人可精确完成工件的装配任务，证明该系统可以实现基于机器视

6、觉的工业机器人在线轨迹规划。关键词：工业机器人，轨迹规划，视觉引导，运动学建模，装配系统IISTUDYONTRAJECTORYPLANNINGALGORITHMOFINDUSTRIALROBOTBASEDONVISUALGUIDANCEABSTRACTIndustrialrobotsarenowappliedtoallaspectsofintelligentmanufacturing,combiningwithmachinevisionistheinevitabletrendofthedevelopmentofindustrialrobots.Theenvironmentpercep

7、tionabilityisenhancedoftherobotanditsapplicationscopeiswidenedbymachinevision.Applicationoftrajectoryplanningbasedonvisualguidance,theadaptabilityoftherobotisimproved,themechanicalimpactandvibrationarereduced,anditsservicelifeispr