基于机器视觉的工业点卤机器人轨迹规划及运动控制技术研究

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点卤是槟榔加工工艺最关键的步骤,在进行点卤的过程中由于槟榔是自然生长的一种果实,形状属于不规则的椭圆球体,所以传统的槟榔点卤都是靠人工来实现,存在效果差、效率低等一系列问题,不符合现在企业高精度、高效率的的点卤要求。本文针对点卤工艺设计出了一种基于视觉的全自动点卤机器人并对其进行分析和研究,通过机器视觉确定槟榔的位置,再根据设定的参数进行图像处理,完成自动寻找中心点;把定位结果传输给运动控制卡,然后利用运动学计算出点卤的运动轨迹,通过控制电机驱动点卤臂实现点卤的自动点卤。本研究对槟榔点卤机器人进行电气元器件的选型与计算、图像处理算法软件设计、点卤平台运动控制建模与仿真分析、运动控制程序的编写以及实验分析与验证。主要研究内容如下:(1)根据槟榔点卤工艺和企业的需求出发,对工业点卤机器人的总体方案进行设计,可对不同种类的槟榔进行识别,能够高效的完成多个目标物的点卤方案,对点卤机器人的结构进行设计与分析,完成关键零部件进行计算分析和设备选型。(2)在对类似槟榔的不规则形貌物体的识别过程中,对槟榔的特征进行分析与计算,并判断和确定点卤点位。提取RGB图像的H分量进行分析与处理,经过阈值分割算法得到槟榔的大致轮廓,采用区域生长法和Retinex图像增强去除噪声,最后运用骨架提取算法得到槟榔内轮廓中心线。分析中心线的特征根据点卤的要求进行点位确定和轨迹规划。(3)根据点卤控制策略在Simulink环境下建立点卤系统仿真模型,完成对点卤系统的矢量控制器模型、点卤臂装置动力学模型、永磁同步电机三大子模块的建模,设计了模糊PID控制器作为点卤系统的控制器并为验证模糊PID控制器应用于点卤系统的可行性,分别对不同点卤速率,空载和带载,轨迹仿真。分析模糊PID控制器在点卤控制应用中能够有效的消除误差且具有较高的响应速度,可满足高速点卤作业的要求。(4)搭建系统试验平台,跟据要求开发出一套完整的运动控制软件系统,对点卤系统进行图像测试,误差测试,行程测试,整机测试研究,进一步验证了点卤系统的良好性能,具有重要的工业应用价值。
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