【摘要】：工業(yè)機(jī)器人與立體視覺(jué)的融合在自動(dòng)化領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛,它已成中國(guó)制造業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的一個(gè)重要話題。為了使工業(yè)機(jī)器人能夠進(jìn)行更復(fù)雜的工作,工業(yè)機(jī)器人不僅需要具有好的控制系統(tǒng),還需要具有更強(qiáng)的環(huán)境感知能力。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)是工業(yè)機(jī)器人重要的感知技術(shù)之一,基于視覺(jué)輔助的工業(yè)機(jī)器人能夠更好的實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的柔性作業(yè)。論文開(kāi)篇概述了基于視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人定位系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、硬件結(jié)構(gòu)和作業(yè)工藝流程,后文對(duì)系統(tǒng)的末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)和立體視覺(jué)定位系統(tǒng)進(jìn)行了研究,包括:1.陣列式末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)以具有脆性材料、曲面外形、規(guī)格不一等特性的飛機(jī)裝配中的結(jié)構(gòu)件為應(yīng)用對(duì)象,為了實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的柔性定位抓取與裝配加壓等功能,設(shè)計(jì)了一款具有陣列式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的真空吸附式末端執(zhí)行器。提出了一種通過(guò)對(duì)特性相似工件進(jìn)行層次聚類(lèi)來(lái)設(shè)計(jì)每一類(lèi)工件專(zhuān)用末端的末端設(shè)計(jì)方案,并以有限元仿真和多元非線性回歸相結(jié)合的方式研究了末端陣列式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的布局優(yōu)化方法。2.多相機(jī)結(jié)構(gòu)與標(biāo)定針對(duì)視覺(jué)測(cè)量工作存在的問(wèn)題,采用4個(gè)相機(jī)構(gòu)成了Eye-in-Hand工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng),通過(guò)研究視覺(jué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)測(cè)量精度的影響來(lái)指導(dǎo)多相機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)布局。針對(duì)多相機(jī)的視覺(jué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在的公共視場(chǎng)較小、視場(chǎng)遮擋等問(wèn)題,提出了一種基于自識(shí)別標(biāo)記的多相機(jī)標(biāo)定方法。3.特征提取與位姿估計(jì)視覺(jué)系統(tǒng)的測(cè)量對(duì)象為粘貼在工件上的圓形反光標(biāo)記點(diǎn),因此橢圓中心的提取成為了視覺(jué)測(cè)量的關(guān)鍵。本文的橢圓擬合算法采用了兩步法策略,第一步采用改進(jìn)后Hough變換實(shí)現(xiàn)了對(duì)橢圓的粗?jǐn)M合,第二步基于最小二乘思想實(shí)現(xiàn)了對(duì)橢圓的精擬合�；诠ぜ南闰�(yàn)知識(shí)和視覺(jué)系統(tǒng)的三維測(cè)量,最終的工業(yè)機(jī)器人定位問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)?D-3D的位姿估計(jì)問(wèn)題,本文以BA優(yōu)化算法來(lái)求解位姿的最優(yōu)解。
【圖文】：

圖 3. 4 受力方差與陣列個(gè)數(shù)關(guān)系擬合曲線合的曲線方程為：1.431y 77.083x 列點(diǎn)數(shù)的增加，工件受力的方差逐漸減小，即受力越來(lái)越均勻，而且當(dāng)候，方差的減小量變化很小。從理論上來(lái)說(shuō)，末端的陣列點(diǎn)數(shù)越多，工實(shí)際末端設(shè)計(jì)的時(shí)候還要考慮吸盤(pán)的尺寸以及制作的成本等問(wèn)題。陣列數(shù)量的設(shè)計(jì)原則是在滿足吸盤(pán)尺寸要求的情況下，陣列個(gè)數(shù)使工件值即可，，以參數(shù)的形式來(lái)表示即： actuator works n sF n n 為陣列數(shù)量；actuators 為吸盤(pán)的尺寸，與陣列個(gè)數(shù)、工件重量以及真空裝置的真空度works 為工件可用于吸附的表面尺寸；F n 為陣列個(gè)數(shù)與工件受力均勻程度的函數(shù)關(guān)系；

圖 3. 10 畸變誤差補(bǔ)償模型圖從圖 3. 10 中可以看出，成像誤差是中心對(duì)稱(chēng)且從中間向四周逐漸變大的，由上式可知的測(cè)量誤差 是與兩相機(jī)成像誤差1 2 1 2 x , x , y , y 成正比的，即成像誤差越大，系統(tǒng)度越低。所以，在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，在條件允許的情況下，應(yīng)盡可能使測(cè)量目標(biāo)處于相機(jī)的光心附近。如圖 3. 11 所示，圖中基線距離以及光軸與基線的夾角固定，通過(guò)改變測(cè)量距離，來(lái)觀距離對(duì)測(cè)量精度的影響，每次測(cè)量距離的改變?cè)O(shè)成像誤差 保持不變。從圖中可以明顯看著測(cè)量距離的增加，系統(tǒng)的誤差區(qū)域（紅色陰影區(qū)域）也是隨之增大的。但從圖中也可以，在測(cè)量距離減小的同時(shí)，投影角也是隨之增大的，由上文的分析可知，投影角的增大也像畸變誤差增大。P'SS'P''S
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TH165;TP242.2

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5 MEB記者 何s

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