高速包装机械手视觉控制系统研究与开发

论文摘要

本文结合国家863项目“高速包装机器人及其成套装备”,对该系统的视觉控制系统进行研究与开发,设计了控制系统的硬件方案和软件流程,并解决了若干关键技术难题。整个控制系统由视觉单元和运动控制单元两大模块组成,其中视觉单元基于“CCD相机+图像采集卡”开发,运动控制单元基于“运动控制卡+伺服驱动器+伺服电机”开发,软件系统基于图形化编程语言LabView开发。全文工作和取得的成果概括如下:完成了高速包装机械手视觉控制系统的功能需求分析,据此制定了控制系统硬件方案,并对系统总体布局进行了规划。同时,依据系统的性能指标完成了硬件选型工作,确定了各关键设备的型号,并完成了接口设计工作。完成了图像处理流程和运动目标识别跟踪过程的设计工作。其中图像处理流程包括图像预处理、图像分割和图像后处理三部分内容,该流程可以从所拍摄的图像中获得每个物体的准确位置。运动目标识别跟踪过程设计中提出了“避免多个运动目标重复识别的决策分析算法”,该算法可以对长序列图像中的运动物体进行准确的统计。完成了控制系统软件结构设计和代码编写工作。整个控制软件采用模块化设计,为以后系统升级和维护工作带来了便利。对软件中的若干关键技术问题给出了解决方案,提高了控制系统的适应性和可靠性。这些关键技术包括传送带的速度控制、物体抓取位置计算、分拣路径的优化和软件工作流程设计。搭建了实验平台,对所述的视觉控制系统软硬件方案进行了实验验证并确定了控制系统的关键参数。通过实验,证明了本课题所选方案的可行性,并为以后整个控制系统的改进工作提供了依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状综述
• 1.2.1 数字图像处理
• 1.2.2 机器视觉
• 1.2.3 相机标定
• 1.2.4 机器人控制系统
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.4 文章章节安排
• 第二章 系统总体结构设计
• 2.1 引言
• 2.2 系统总体结构设计
• 2.2.1 系统功能要求设计
• 2.2.2 控制系统方案选择
• 2.2.3 系统总体布局
• 2.3 系统硬件设计
• 2.3.1 硬件选型
• 2.3.2 硬件接口设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 图像处理及运动目标跟踪过程设计
• 3.1 引言
• 3.2 图像处理流程设计
• 3.2.1 图像预处理
• 3.2.2 图像分割
• 3.2.3 图像后处理
• 3.3 相机标定研究
• 3.4 目标跟踪过程设计
• 3.5 避免多个运动目标重复识别的决策分析算法
• 3.6 本章小结
• 第四章 控制系统软件设计
• 4.1 引言
• 4.2 软件开发环境
• 4.3 软件功能要求设计
• 4.4 软件设计
• 4.4.1 控制系统软件层次
• 4.4.2 控制系统软件结构
• 4.4.3 软件模块设计
• 4.4.4 软件界面
• 4.5 软件关键技术
• 4.5.1 传送带速度控制
• 4.5.2 物体抓取位置计算
• 4.5.3 物体分拣路径优化
• 4.5.4 Queue 技术
• 4.6 本章小结
• 第五章 实验
• 5.1 引言
• 5.2 实验平台搭建
• 5.3 系统标定
• 5.3.1 基于LabView 的相机标定
• 5.3.2 坐标系转换
• 5.4 图像处理实验
• 5.4.1 图像预处理实验
• 5.4.2 图像分割实验
• 5.4.3 图像后处理实验
• 5.5 物体识别统计实验
• 5.5.1 重复性实验
• 5.5.2 长序列图像物体统计实验
• 5.6 抓取位置计算实验
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 全文结论
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 参加科研情况说明
• 致谢