基于视觉的机械臂空间目标抓取研究

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1、公？开ＴＰ２４１．２密级：分类号：１０１４单位代码：ｇＵＤＣ＿＿：硕士学位论文基于视觉的机械臂空间目标抓取研宄２０１５０１７学号：作者：金翰林学科名称：机械工程２０１８年６月５日沈阳工业大学硕士学位论文基于视觉的机械臂空间目标抓取研究ResearchonSpaceTargetGraspingBasedonVisionforManipulators作者：金翰林单位：机械工程学院指导教师：张禹教授单位：沈阳工业大学协助指导教师：单位：单位：论文答辩日期：2018年5月26

2、日学位授予单位：沈阳工业大学摘要随着科技在不断进步，工业机器人正在走进工厂代替人类工作。工业机器人工作效率很高，但只能按照设定好的工作流程进行工作，一旦结构发生微小改变便无法继续工作，必须对控制程序进行重新的设定。为此，将视觉传感器与工业机器人相结合，通过视觉引导完成对不固定目标的工作。本文主要搭建应用于工业生产中的视觉抓取系统，并实现对视觉抓取系统控制。通过视觉传感器获得被加工对象的图像，并对图像数据进行处理，以获得图像中物体的种类与位姿，利用相机成像模型转换成通用坐标系下位姿，并利用机械臂运动学模型控制机械臂各关节角度，控制

3、工业机器人对工件进行抓取。基于机器学习实现对物体识别，并提出一种通用的图像中物体定位方式。首先，搭建视觉导向的机械臂抓取系统，对硬件的架构和控制流程设计，并通过编程在上位机上实现对硬件的控制以及对图像数据的处理。为实现对末端执行器位姿控制，使用D-H参数法建立机械臂运动学模型，对机械臂进行运动学分析。对相机光路进行分析，建立相机成像模型，获得像素坐标系与通用坐标系的位姿关系。对镜头畸变引起的误差进行校正，使用张氏标定法对相机进行标定。其次，通过相机获得物体的图像数据，使用OpenCV对图像数据进行处理。为提取图像特征，根据阈值将

4、图像转换成二值图像，并对目标区域进行图像分割。使用机器学习对物体进行识别，对圆特征物体使用霍夫梯度法定位，对非圆特征物体通过确定物体的质心与朝向进行定位。最后，对物体识别成功率和定位精度进行测定，并测试视觉抓取平台抓取成功率。关键词：工业机器人，视觉，图像处理，三维识别，定位-I-AbstractAstechnologycontinuestoadvance,industrialrobotsaremovingintofactoriestoreplacehumanworking.Theefficiencyofindustrialro

5、botsishigh,buttheycanonlyworkinaccordancewithafixedworkflow.Onceaminorchangeoccursinthestructure,theycannotcontinuetowork.Thecontrolprogrammustbesetagain.Tothisend,visionsensorsarecombinedwithindustrialrobotstocompleteworkonunfixedtargetsthroughvisualguidance.Thispap

6、ermainlybuildsthevisualgraspingsystemappliedintheindustrialproductionandrealizesthecontrolofthevisualgraspingsystem.Thevisionsensorobtainstheimageoftheobjecttobeprocessed,andprocessestheimagedatatoobtainthetype,positionandattitude.Usingthecameraimagingmodelconvertspo

7、sitionintoauniversalcoordinatesystem,andcontrolsthejointsusingakinematicsmodeloftheroboticarm.Fromthedesiredperspective,controlindustrialrobotstograbtheworkpiece.Basedonmachinelearning,objects-recognitionisrealizedandageneralpositioningmethodofobjectsinimagesispropos

8、ed.First,buildavisually-orientedroboticarmgrabbingsystem,designthehardwarearchitectureandcontrolflow,andrealizehardwarecontrolandim