發(fā)布時(shí)間：2020-05-30 21:01

【摘要】：隨著產(chǎn)品的快速升級換代,制造業(yè)的生產(chǎn)模式逐漸從批量化、規(guī)�；圃燹D(zhuǎn)變?yōu)槎ㄖ苹�性化,這就要求在制造中使用高度靈活的機(jī)器人自動化生產(chǎn)線。目前工業(yè)機(jī)器人在處理新的生產(chǎn)任務(wù)時(shí),主要通過示教的方式進(jìn)行機(jī)器人路徑規(guī)劃。但是采用這種方式獲得機(jī)器人的路徑,操作人員需要進(jìn)行專門的培訓(xùn),路徑規(guī)劃系統(tǒng)不夠靈活,難以適應(yīng)生產(chǎn)任務(wù)的頻繁變化。針對上述情況,本文研究了一種基于機(jī)器視覺的機(jī)器人路徑規(guī)劃方法,通過基于機(jī)器視覺和人機(jī)交互的方法獲得機(jī)器人的初始路徑,建立機(jī)器人路徑優(yōu)化模型,并通過粒子群優(yōu)化算法對優(yōu)化模型進(jìn)行求解。主要研究內(nèi)容如下:首先,研究了機(jī)器人路徑規(guī)劃視覺系統(tǒng)標(biāo)定和障礙物位置信息獲取方法。完成了視覺系統(tǒng)相機(jī)內(nèi)參標(biāo)定以及相機(jī)與機(jī)器人之間的手眼標(biāo)定。通過基于模板匹配的算法和基于SURF的算法對障礙物進(jìn)行定位,獲取了障礙物在機(jī)器人基坐標(biāo)系下的位置信息,為機(jī)器人路徑規(guī)劃提供障礙物位置信息。其次,基于機(jī)器視覺和人機(jī)交互研究了機(jī)器人初始路徑獲取方法。通過相機(jī)和Mark點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對人手運(yùn)動路徑的追蹤。在此基礎(chǔ)上,為克服在人手演示時(shí)因手指關(guān)節(jié)角度變化帶來的誤差,提出了一種基于人手夾持器的機(jī)器人初始路徑獲取方法,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基于人手夾持器方式獲得的機(jī)器人初始路徑更平滑。然后,對基于機(jī)器視覺和人機(jī)交互方式獲得的機(jī)器人初始路徑進(jìn)行了優(yōu)化研究。建立了相應(yīng)的機(jī)器人路徑優(yōu)化模型,并通過粒子群優(yōu)化算法(PSO,Particle Swarm Optimization)對優(yōu)化模型進(jìn)行求解。最后,進(jìn)行了機(jī)器人路徑規(guī)劃實(shí)驗(yàn)研究。首先搭建了包含機(jī)器人和機(jī)器視覺的機(jī)器人系統(tǒng)。然后在三種不同的實(shí)驗(yàn)場景下進(jìn)行機(jī)器人初始路徑獲取和優(yōu)化,并將優(yōu)化后的機(jī)器人路徑在機(jī)器人仿真器和機(jī)器人實(shí)機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于PSO優(yōu)化后的機(jī)器人路徑能夠有效避開障礙物,并且比基于人手演示獲得的機(jī)器人初始路徑更短,從而提高了工業(yè)生產(chǎn)的效率。
【圖文】：

圖 1- 1 7 自由度機(jī)械臂抓取碟子的過程[33] 機(jī)器視覺在機(jī)器人路徑規(guī)劃的應(yīng)用近年來，機(jī)器視覺技術(shù)發(fā)展迅速。機(jī)器視覺可以在極端的惡劣的環(huán)境中代替人覺檢測或工況監(jiān)視，改善工人的作業(yè)環(huán)境，主要應(yīng)用于目標(biāo)識別、缺陷檢測、、尺寸測量等方面[39]。機(jī)器視覺技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)的融合，使機(jī)器人更加的智，極大地提高工業(yè)生產(chǎn)效率和自動化生產(chǎn)線的柔性。機(jī)器視覺在機(jī)器人的路徑有很廣泛的應(yīng)用。歐習(xí)洋[40]提出一種基于機(jī)器視覺獲得六自由度機(jī)械臂運(yùn)動路徑的方法。該方法用物料架上的 LED 燈做標(biāo)記點(diǎn)，通過安裝在機(jī)械臂末端的視覺系統(tǒng)對物料架 燈進(jìn)行識別、初始定位以及精確定位，并計(jì)算出其位姿信息，然后通過求運(yùn)動方式生成機(jī)器人的運(yùn)動路徑，提高了示教的效率。倪自強(qiáng)[41]提出了一種基于雙目視覺引導(dǎo)的機(jī)器人示教方式。首先采用奇異值

第一章 緒論進(jìn)行定位，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的路徑規(guī)劃。最后，機(jī)器人按照生成的路徑完成相應(yīng)的任務(wù)。岳宏和孫立新等[43]使用 CCD 相機(jī)和直線激光器來構(gòu)建焊縫測量系統(tǒng)。首先通過該焊縫測量系統(tǒng)獲得焊縫的位置，然后利用路徑規(guī)劃算法生成焊接機(jī)器人可執(zhí)行的路徑，通過控制柜傳輸給機(jī)器人，不斷的引導(dǎo)焊接機(jī)器人完成焊接任務(wù)。H.I.Lin[44]首先通過相機(jī)捕捉多次人手演示抓取和放置立方體的動作過程，如圖 1-2所示，然后通過高斯混合模型對圖像進(jìn)行處理獲得準(zhǔn)確的人手姿勢，將人手動作的抓取和放置立方體的過程進(jìn)行分解，并通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和識別出人手動作抓取順序，進(jìn)行機(jī)器人的路徑規(guī)劃，最后機(jī)器人按獲得的路徑實(shí)現(xiàn)對立方體的抓取和放置。這種路徑規(guī)劃方法雖然具有一定的智能性，，但是訓(xùn)練時(shí)間長，并且僅限于特定的任務(wù)。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP242

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本文編號：2688716