基于机器视觉的工业机器人的设计与研究

论文摘要

人对外界信息的获得80%是通过视觉得到的，视觉是人们获得信息强而有效的方式，因此使工业机器人具有视觉是人们很多年的梦想。而计算机视觉的出现，使机器人具有视觉已经成为了可能。机器人视觉就是从得到的图像信息中进行图像处理，并较快的反馈信息，使计算机给出控制信号。具有视觉的机器人不仅能使其对外部环境的变化做出相应的调整，而且提高了机器人的灵活性和适应性，增强了机器人对外部环境变化的适应能力。本课题是在实验室自主研究的三坐标机器人基础上增加一套视觉系统，使其成为一个具有视觉的工业机器人。通过对工业机器人视觉系统的研究，使工业机器人实现定位操作功能。本文的工作内容如下：（1）研究了机器人视觉系统和对摄像机进行标定。通过对摄像机的位置和摄像机的数目分析得出了机器人视觉系统的结构组成。然后分析了所采用的PAP-MVC810A0Z摄像机以及MV-200图像采集卡的性能特点。描叙三种坐标系间的相对关系，得出了图像坐标系与世界坐标系之间的转换公式。通过对单个摄像机线性模型和非线性模型的分析得出了双目摄像机的标定方法。（2）研究了三坐标机器人的控制系统。通过对机器人的工作环境和机器人的机械结构的分析，确定了机器人的一些技术参数。对机器人控制系统的分析，确定了机器人系统采用PC机+Euro205X运动控制器的开环控制系统。PC机为上位机，Euro205X为下位机。（3）研究了图像处理过程。介绍了图像处理的几个主要过程，如图像预处理、图像灰度处理、图像的去噪、图像的增强以及图像边缘检测等。介绍了图像特征提取的方法，采用MATLAB编程提取了圆的特征。（4）研究了视觉算法。通过对视差原理的分析，提出了新的视觉算法，并用实验确定了该视觉算法的正确性。由此可求出空间上的点相对机器人执行器的三维坐标值。（5）程序设计。介绍了Trio程序软件设计与编程语言。通过计算物体的三维坐标值，来编程控制机器人完成对物体的夹持操作。本文的设计与研究不仅极大的增加了工业机器人的应用范围，而且还增加了工业机器人的智能能力和适应能力。这为机器人进行其它的操作打下了基础

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景及选题意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文主要研究内容和关键技术
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 关键技术
• 2 机器人视觉系统
• 2.1 视觉系统的分类
• 2.1.1 按摄像机与机器人的位置
• 2.1.2 按摄像机的数目
• 2.2 机器人视觉系统的模块
• 2.3 机器人视觉系统的组成
• 2.4 视觉系统硬、软件
• 2.4.1 硬件部分
• 2.4.2 软件组成
• 2.5 视觉系统流程图
• 2.6 本章小结
• 3 工业机器人的设计
• 3.1 机器人的控制技术
• 3.2 机器人本体结构
• 3.2.1 机器人的参数
• 3.2.2 机器人的结构
• 3.2.3 机器人的传感器
• 3.3 机器人控制系统设计
• 3.3.1 机器人控制系统功能
• 3.3.2 机器人控制系统分类
• 3.3.3 机器人控制系统的确定
• 3.4 运动控制器的选用
• 3.4.1 所用的运动控制器
• 3.4.2 Euro205X 引脚介绍
• 3.5 本章小结
• 4 摄像机的标定
• 4.1 线性模型摄像机标定
• 4.1.1 图像坐标系、像机坐标系和世界坐标系
• 4.1.2 针孔模型
• 4.1.3 线性模型标定
• 4.2 非线性标定
• 4.2.1 非线性模型
• 4.2.2 非线性摄像机标定
• 4.3 双目摄像机标定
• 4.4 本章小结
• 5 图像处理
• 5.1 引言
• 5.2 预处理
• 5.3 图像灰度处理
• 5.4 图像的去噪
• 5.5 图像的加强
• 5.6 边缘检测
• 5.6.1 边缘检测的意义
• 5.6.2 几种边缘检测算子
• 5.7 图像处理软件
• 5.8 图像特征提取
• 5.8.1 特征提取的原理
• 5.8.2 特征提取在设计中的应用
• 5.9 本章小结
• 6 视觉算法
• 6.1 视差原理
• 6.2 视觉算法
• 6.3 实验
• 6.4 本章小结
• 7 机器人视觉系统软件设计和实验
• 7.1 TRIO 程序设计
• 7.1.1 Trio 软件设计与编程语言
• 7.1.2 Trio 程序的设计
• 7.1.3 Trio 程序的调试
• 7.2 实验
• 7.2.1 计算物体中心点
• 7.2.2 控制机器人运动
• 7.3 本章小结
• 8 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 A
• 附录 B
• 攻读学位期间发表的学术论文