机器视觉辅助的4_PPR并联机构工作空间分析.pdf

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1、DOI:10.13841/j.cnki.jxsj.2013.03.012第30卷第3期机械设计Vol．30No．32013年3月JOURNALOFMACHINEDESIGNMar．2013*机器视觉辅助的4－PPR并联机构工作空间分析谢志江，赵萌萌(重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400040)摘要:针对某大型激光点火装置光学元件的洁净精密装配特点，提出机器视觉辅助的全自动平面调整系统方案。利用机器视觉技术获取标定物和目标点之间的位姿关系，代入驱动器位移和动平台几何中心点的位姿方程，数学模型逆解，得出工作空间求解所需的

2、4－PPR机构约束不等式组和任意空间点位姿方程组。最后在给定机构参数下通过一组实例，运用MatLab仿真分析动平台不同位姿的工作空间，并运用空间几何法进一步验证该技术的有效性。关键词:机器视觉;平面调整;位置逆解;工作空间中图分类号:TH112文献标识码:A文章编号:1001－2354(2013)03－0040－04中国工程物理研究院研发的某大型激光点火装像中用于标记标定物的几何信息，得到摄像机对于标置，类似美国劳伦斯·里弗莫尔国家实验室制造的巨定图像的相对坐标信息;(3)标定图像识别模块对比型固体激光器国家点火装置(Na

3、tionalIgnitionFacility，坐标信息和存储库中的数据，识别标定物种类;(4)图［1－2］NIF)和法国阿基坦科学技术研究中心(CESTA)像坐标计算模块通过坐标变换，得到标定物到达目标［3］建立的兆焦耳激光器(LaserMagajoule，LMJ)，它包点的位置偏差和转角偏差;(5)将坐标信息传输到位含192路激光系统，需7500片左右的尺寸约40cm×置调整控制系统，信息处理器分析和计算，给予执行器40cm的大口径光学元件，种类繁多、规格不一且安装指令，完成平面调整;(6)图像采集卡再次采集标定过程洁净

4、度必须达到百级。重庆大学机械传动实验室物，进一步调整，直至位置偏差和转角偏差为零。应中国工程物理研究院要求，研制一套适合各式光学［4］元件对接的洁净精密装校系统。针对自下往上装校光学元件的系统，运动平台升到安装位置后需要自动对正安装点，所以平面调整机构是其研发的关键。机器视觉技术辅助平面调整机构构成全自动平面图1全自动平面调整系统调整系统，在重复性、精度要求及洁净度要求都比较高要把标定物精确安装到目标点位置，需对其位姿的狭小空间光学元件对接方面有广阔的应用前景。(位置和姿态)进行调整，以确保最终就位精度。标定物是否和目标位

5、置精确空间对接是通过机器视觉来判1全自动平面调整系统别，标定图像如图2所示。全自动平面调整系统主要由3部分组成:图像获取、图像处理和分析、输出和显示。CCD传感器、视觉镜头和线形光源、采集卡，完成图像的获取，自主开发［5］的视觉边缘检测模块完成图像的处理、分析和计算。针对不同物体的空间对接，各个标定物的外形尺寸各不相同，其工作流程如下(参见图1)。(1)图像采集卡提取CCD摄像头实时拍摄标定物图2标定图像的图像;(2)图像预处理模块通过计算和分析，提取图其中，标定物和目标位置中心点的提取采用自适*收稿日期:2012－01－

6、10;修订日期:2012－09－11基金项目:国家自然科学基金委员会与中国工程物理研究院联合基金资助项目(10976034)作者简介:谢志江(1963—)，男，湖南双峰人，教授，博士，专业方向:机电一体化、设备状态监测与故障诊断、机器视觉、计算机辅助测试理论与技术，已发表论文30余篇。2013年3月谢志江，等:机器视觉辅助的4－PPR并联机构工作空间分析41应阈值分割技术和斑点目标中心点时时提取的算法，十字交叉滑轨沿y轴移动，并调节与之对应的3个转对于不同的光照和不同光学元件图像进行分割处理，动副，使边长为2l的动平台完成

7、绕z轴的旋转和沿x得到的结果有较好的稳定性，且提取一幅460×420像和y轴方向的平移，最终实现标定物和目标点的平面素的图像平均仅用120ms。精确对接。2．24－PPR平面并联机构末端执行器运动学逆解24－PPR机构工作空间分析按照机器视觉技术测量、计算并分析出动平台运动到目标点所需绕标定物中心旋转的角度γ(γ逆时2．14－PPR机构简介针为正)，水平方向的平移量Δx和Δy(Δx沿x轴正方国内外学者设计了多种以平面副(P)和转动副(R)向为正，Δy沿y轴正方向为正)。并根据机构本身的作为支链的3自由度并联机构来完成平面调

8、整，常见的主结构参数，分别逆解，得出3个驱动十字交叉滑轨P1，要3－RRR，3－RPS和3－RRS［6］，普遍认为将两个移动P4和P3的变量Δx1，Δx4和Δy3。副连接并作为驱动的PPR机构没有实用价值［7－8］。参考文献［4］所述模块对准过程中存在两个方面的弊端:(1)3－PPR机构的稳定性和刚度较