發(fā)布時(shí)間：2020-11-02 00:07

　　 隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來,智能制造在各行各業(yè)的作用越來越重要。機(jī)器人作為智能制造的重要工具之一,越來越受到各領(lǐng)域的青睞。船舶工業(yè)作為國家重要支柱,采用自動(dòng)化、智能化造船技術(shù)將會(huì)大獲收益。機(jī)械臂作為機(jī)器人的一種,具有優(yōu)良的工作特性,尤其在造船業(yè)復(fù)雜、危險(xiǎn)的工作環(huán)境下具有明顯的作業(yè)優(yōu)勢。船體分段余量劃線和切割是船舶分段建造的重要工序,人工進(jìn)行操作時(shí)存在勞動(dòng)強(qiáng)度高、操作難度大、精度難控制等諸多問題,因此控制機(jī)械臂自動(dòng)進(jìn)行船體分段余量劃線和切割任務(wù)意義十分重大。機(jī)器視覺作為機(jī)器人獲取豐富信息并進(jìn)行反饋和決策判斷的重要方式近年來發(fā)展迅猛,并取得了重大突破,已經(jīng)進(jìn)入了高速發(fā)展的時(shí)期。所以研究基于視覺的機(jī)械臂控制技術(shù)既是實(shí)踐需要也是行業(yè)趨勢。本文將以船舶分段劃線機(jī)械臂為研究對象、以機(jī)器視覺為反饋機(jī)制展開基于視覺的船舶分段劃線機(jī)械臂控制技術(shù)的研究和設(shè)計(jì)工作。首先,本文以實(shí)驗(yàn)室船舶分段劃線機(jī)械臂為研究對象,論述分析了基于視覺的船舶分段劃線機(jī)械臂控制系統(tǒng)組成,確定了系統(tǒng)硬件總體方案,對系統(tǒng)核心部分圖像采集和圖像處理設(shè)備進(jìn)行了闡述和說明,并針對機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了探究。然后,說明了通用機(jī)械臂位姿描述方法,并利用D-H方法建立了機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,確立了相鄰關(guān)節(jié)單元的位姿變換矩陣,并對機(jī)械臂正運(yùn)動(dòng)和逆運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了求解分析。針對船舶分段劃線機(jī)械臂結(jié)構(gòu)和工作的特殊性,提出了船舶分段劃線機(jī)械臂正逆運(yùn)動(dòng)具體求解方法。其次,探究了雙目立體視覺系統(tǒng)和三維重構(gòu)基本原理,并對攝像機(jī)標(biāo)定方法進(jìn)行了研究,深度探究了張氏平面模板法,進(jìn)一步利用張氏平面模板法對實(shí)驗(yàn)室雙目相機(jī)進(jìn)行了標(biāo)定,求得相機(jī)內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)。另外,對雙目立體視覺中的匹配問題進(jìn)行了分析,通過對匹配約束的研究,給出了雙目立體視覺深度測量簡化形式視差與深度的關(guān)系。本論文最后也采用了視差與深度的關(guān)系進(jìn)行三維空間坐標(biāo)求取。最后,結(jié)合船舶分段劃線機(jī)械臂工作特性和雙目立體視覺系統(tǒng),對基于視覺的船舶分段劃線機(jī)械臂控制系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)和程序模塊設(shè)計(jì),為船舶分段劃線機(jī)械臂智能劃線提供了新思路、新方法。該技術(shù)的研究不僅可以應(yīng)用到船體分段劃線還可以應(yīng)用到船體涂裝、切割等其他方面,為智能化造船提供參考。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP241;U671.99
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題背景及意義
    1.2 視覺機(jī)器人國內(nèi)外研究和發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.1 國外研究和發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究和發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 本論文研究內(nèi)容及安排
2 基于視覺的劃線機(jī)械臂控制系統(tǒng)組成
    2.1 系統(tǒng)硬件總體方案
    2.2 圖像采集處理系統(tǒng)
        2.2.1 雙目立體攝像機(jī)
        2.2.2 圖像處理器
    2.3 機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)
    2.4 本章小結(jié)
3 劃線機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
    3.1 機(jī)械臂位姿描述與坐標(biāo)變換
        3.1.1 位置表示
        3.1.2 方位表示
        3.1.3 位姿表示
        3.1.4 坐標(biāo)變換
    3.2 劃線機(jī)械臂建模及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
        3.2.1 機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
        3.2.2 劃線機(jī)械臂模型
        3.2.3 劃線機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)分析
    3.3 本章小結(jié)
4 雙目立體視覺系統(tǒng)原理與相機(jī)標(biāo)定
    4.1 雙目立體視覺基本概念及數(shù)學(xué)原理
        4.1.1 雙目立體視覺基本概念
        4.1.2 攝像機(jī)投影變換
        4.1.3 雙目立體視覺三維重建原理
    4.2 立體視覺匹配與約束
        4.2.1 立體匹配
        4.2.2 極線約束
        4.2.3 視差與深度
    4.3 雙目立體視覺攝像機(jī)標(biāo)定
        4.3.1 攝像機(jī)標(biāo)定方法
        4.3.2 雙目立體攝像機(jī)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)
    4.4 本章小結(jié)
5 基于視覺的船舶分段劃線機(jī)械臂控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    5.1 系統(tǒng)流程及程序模塊設(shè)計(jì)
    5.2 劃線路徑
    5.3 誤差來源
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2866295