【摘 要】
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基于视觉的工业机器人应用是近年来实现工业自动化生产的研究热点,搭配视觉系统的工业机器人能够有效提高机器人的智能化水平。随着计算机技术的不断提高和图像处理技术不断产生新的研究成果,基于单目相机的传统静态视觉应用越来越难以满足当前的生产需求,对动态目标实现定位抓取逐渐成为当前工业流水线生产中视觉应用的研究热点。本文针对当前工业机器人对于动态目标的识别和抓取应用原理,并在此基础上使用两个单目相机实现对静
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基于视觉的工业机器人应用是近年来实现工业自动化生产的研究热点,搭配视觉系统的工业机器人能够有效提高机器人的智能化水平。随着计算机技术的不断提高和图像处理技术不断产生新的研究成果,基于单目相机的传统静态视觉应用越来越难以满足当前的生产需求,对动态目标实现定位抓取逐渐成为当前工业流水线生产中视觉应用的研究热点。本文针对当前工业机器人对于动态目标的识别和抓取应用原理,并在此基础上使用两个单目相机实现对静态料盘物料的视觉识别定位,以及对传送带上动态目标对象的动态跟随装配工作,以国产机器人华数Ⅲ型SCARA6600为研究对象,分别研究了机器人与相机之间手眼关系的转换、机器人坐标系与静态料盘和传送带坐标系的转换、机器人对静止目标的定位抓取以及对传送带上运动目标的识别和跟随装配工作,构建了一套完整的静态抓取和动态跟随装配系统。具体研究内容及成果如下:（1）研究分析了当前工业机器人视觉应用的国内外研究现状、基于机器人视觉的传送带跟随的国内外研究现状和当前图像处理软件的国内外研究现状,并基于这些现状引出课题的研究内容及难点问题;根据实际项目需求设计基于华数Ⅲ型SCARA机器人的动态视觉装配系统,通过分析和研究系统工作原理及硬件设备选型,搭建了实验测试平台。（2）研究分析了单目相机成像系统的模型,推导了机器人基坐标系、静态料盘坐标系、传送带坐标系以及相机图像坐标系之间的位置转换关系,并在传统九点法手眼标定算法的基础上研究了基于最小二乘法的矩阵解法;研究了课题使用的跟随工艺包的操作流程及工作原理,实现了机器人工件坐标系的标定,同时也实现了传送带与外部编码器的脉冲当量标定。（3）研究分析了课题视觉方案的图像处理及模版匹配算法,采用海康威视Vision Master算法平台对待识别目标对象进行图像采集和识别处理,并在此基础上做二次开发,实现对静态料盘上心形装饰品的识别定位和采用绝对值式编码器获取脉冲反馈的方式定位传送带上待装配贺卡;通过分析待识别物料与机器人坐标系的关系,设计出一种基于视觉识别特征点、机器人示教抓取点和视觉图像角度变化的基准值设置功能以实现基于识别特征对象角度变化的偏移,并设计了静态料盘吸取和传送带动态随装配的生产流程。（4）采用QT4.8.5+VS2010平台开发了课题的视觉应用层软件,采用华数Ⅲ型二次开发接口开发机器人交互模块,使用海康Vision Master算法平台二次开发接口开发图像采集、处理模块,通过九点法手眼标定算法原理和分析基于角度变化的偏移处理开发了手眼标定模块,并以日志文件形式管理操作日志信息和视觉参数设置及标定数据的保存;通过实验测试平台测试视觉应用层软件应用于静态料盘吸取物料和传送带动态跟随装配物料,以验证实验原理的正确性,并通过对采集的测试数据进行分析,设计了基于机器人末端执行器工具坐标误差补偿的方法,最终通过实验测试实现了整个静态抓取和动态跟随装配系统,且满足项目应用需求。
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