孔—轴装配机器人视觉制导关键技术研究

论文摘要

本文深入研究了视觉制导下进行孔-轴装配的机器人的工作原理、组成结构、调试方式以及相应机械臂的运动控制策略等,详细讨论了设计该型机器人所涉及的计算机视觉成像理论和机器人控制理论。在广泛收集现有的多种图像采集装置基础上,分析和比较了其各自的优、缺点,进而提出适合孔-轴装配环境的图像采集装置的优化配置。论文系统地介绍了视觉图像的采集、像质评价、图像处理及贮存方法,确立了视觉坐标系与机械臂坐标系的相互位置关系,重点讨论了平行双目立体视系统的建模和空间点配准的理论计算方法。在图像配准理论中,首次将色配法引入到简单特征匹配,将曲线的曲率分级空间（CSS）匹配引入到复杂的特征匹配中,加快对视场内已知物体的定位速度。根据机械臂的运动特点,本文提出一套视觉标定机械臂连杆参数的方法,为未标定机器人提供了一个精确、简便的构型测量方法,因而具有很高的应用价值。应用上述理论,本文建立一个视觉制导装配机器人实验平台,其机械臂运动部分通过改进YJP-I型机器人的上部来实现,可以完成无接触条件下的孔-轴装配任务。同时,还为视觉制导下的机器人运动控制实验编制了较为详尽的Visual C++程序,实验结果验证了该平台的可行性和实用性。论文的最后两章则详细而深入地探讨了视觉制导下机械臂的运动规划、双臂协调以及视觉制导条件下、满秩机器人的力位混合控制策略等问题。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 综述
• 1.2 本课题的研究思路
• 1.3 相关技术的研究现状
• 1.4 本论文的创新点
• 1.5 本文的主要内容及框架结构
• 1.6 本章小结
• 第2章 视觉系统的硬件配置
• 2.1 视觉系统研究对象
• 2.2 视觉成像原始模型
• 2.3 描述图像质量的参数
• 2.4 摄像机及图像卡的选择准则
• 2.5 视觉系统的照明设置
• 2.6 用于引导机器人的视觉系统硬件选择
• 2.7 本章小结
• 第3章 双目平行立体视系统
• 3.1 视觉坐标系的建立
• 3.2 视空间点与视平面投影的运动学对应关系
• 3.3 双目立体视的运动学建模
• 3.4 立体视中的配准
• 3.5 轴孔装配机器人平台上的双目平行立体视系统
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于视觉的机器人连杆参数标定
• 4.1 关节旋转（平移）轴线方程的确定
• 4.2 连杆坐标系的限定法则
• 4.3 关节参量的获取
• 4.4 仿真计算
• 4.5 仿真结果分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 视觉制导装配机器人实验平台
• 5.1 视觉制导装配机器人实验平台简介
• 5.2 视觉制导装配机器人实验平台的组成
• 5.3 机械臂的结构分析与关节调试
• 5.4 双目立体视系统的模拟
• 5.5 视觉系统的焦距标定及空间点计算
• 5.6 关节参量标定及视觉制导轴孔装配运动规划
• 5.7 视觉制导实验的调试过程
• 5.8 本章小结
• 第6章 视觉制导装配机器人的运动控制
• 6.1 视觉制导装配机器人运动控制理论依据
• 6.2 装配机器人初始状态的判定
• 6.3 轴、孔位姿分析及轴孔表面约束条件
• 6.4 空间两点间路径规划
• 6.5 视觉制导下两机械臂的协调装配运动
• 6.6 本章小结
• 第7章 视觉制导装配机器人位-力混合控制
• 7.1 基于多信息反馈的位-力混合控制
• 7.2 无接触传感器的位-力混合控制器设计
• 7.3 反作用力矩的估算
• 7.4 控制策略的仿真与分析
• 7.5 本章小结
• 研究成果和创新点
• 致谢
• 参考文献