【摘 要】
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随着科学技术的发展,工业自动化程度不断提高,桁架机器人在机床上下料领域得到了快速的发展。将视觉应用于工件定位,有效提高了桁架机器人的柔性和自动化程度。针对机器视觉技术应用于机床自动上料时存在的对工件定位精度不足、通用性差等问题,提出了一种基于2D视觉的工件定位算法,本文的主要研究内容如下:（1）提出了一种Eye＿in＿Another＿Hand型相机放置方式,将相机安装于一独立运动模组,配合料盘使工
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随着科学技术的发展,工业自动化程度不断提高,桁架机器人在机床上下料领域得到了快速的发展。将视觉应用于工件定位,有效提高了桁架机器人的柔性和自动化程度。针对机器视觉技术应用于机床自动上料时存在的对工件定位精度不足、通用性差等问题,提出了一种基于2D视觉的工件定位算法,本文的主要研究内容如下:（1）提出了一种Eye＿in＿Another＿Hand型相机放置方式,将相机安装于一独立运动模组,配合料盘使工件迭代运动至相机正下方,计算工件位姿,规避了因工件产生斜影,影响工件定位精度的问题。（2）提出了一种基于最小外接圆的工件模板提取方法,通过将一体质较好待加工工件,以合适角度安装于机床卡盘上,由桁架机器人将工件从机床卡盘取下放置于料盘上,调整相机、料盘位置使工件迭代至相机正下方,由相机采集图像,经工件轮廓亚像素提取、轮廓高斯积分曲线拟合确定工件轮廓,提取工件最小外接圆,以工件最小外接圆圆心为模板中心,以工件最小外接圆直径为模板图像边长,裁剪保存为模板图像。（3）提出了一种基于冗余匹配的工件定位算法,将模板图像按照预设值θ°向固定旋向旋转360/θ次,每次旋转后均与目标图像进行模板匹配并计算匹配误差E（i）,由此获得上述冗余匹配过程中匹配误差最小值Emin,从而计算确定该工件实际位姿与模板位姿的角度差和当前坐标,根据当前坐标与相机中心偏差量,调整相机迭代移动至工件正上方,重新计算工件坐标与角度。利用桁架机器人,树莓派和130万像素单目工业相机搭建了实验平台,对4种不特定工件进行了实验研究,结果表明,在相机物理分辨率为0.1821mm条件下,坐标定位误差不高于0.4mm,角度定位误差不高于0.4°。满足实际工业生产中机器人自动上料的精度和通用性需求。（4）提出了一种基于模拟退火算法的冗余匹配算法优化方法,根据冗余匹配曲线特性,设置了单点单侧淘汰制、两点两侧淘汰制、单点两侧淘汰制三种淘汰机制,减小了模拟退火算法的解空间,将冗余匹配算法的效率提高了3倍。（5）提出了一种桁架机器人的参数辨识与坐标变换方法,通过建立各坐标系间的变换关系,由机器人将工件以若干种不同的位姿放置在料盘上,通过迭代对中的方法使相机运动坐标系的原点与工件成像坐标系的原点重合,记录工件在各坐标系中坐标,经最小二乘法计算分析料盘运动模组、相机运动模组与桁架机械人Z轴间夹角,及工件由成像坐标系到抓取坐标间的变换关系。通过桁架机器人抓取实验表明,在x方向平均误差为0.206mm,y方向平均误差为0.221mm。满足机器人抓取工件精度需求。
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