散亂零件的定位和抓取在汽車裝配、倉(cāng)儲(chǔ)物流和電子貼片等自動(dòng)化行業(yè)有廣泛的應(yīng)用。隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化轉(zhuǎn)型和升級(jí),大量機(jī)器人代替人工完成單調(diào)、繁重的抓取和擺放工作。傳統(tǒng)的機(jī)器人抓取技術(shù)需要提前確定運(yùn)動(dòng)軌跡,配合機(jī)械式準(zhǔn)確定位技術(shù)才能完成零件抓取。這種方法需要零件的位置和姿態(tài)是固定不變的,靈活性較差。為了克服傳統(tǒng)方法在自動(dòng)化化生產(chǎn)應(yīng)用中的弊端,提高自動(dòng)化生產(chǎn)的智能化水平,本文對(duì)基于三維相機(jī)的零件識(shí)別和抓取系統(tǒng)的關(guān)鍵問題進(jìn)行研究,包括零件點(diǎn)云獲取系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)、線激光條紋中心提取方法研究、零件點(diǎn)云預(yù)處理研究和零件定位方法與機(jī)器人抓取等幾個(gè)部分。主要研究?jī)?nèi)容如下:（1）分析現(xiàn)有的三維成像技術(shù)和用于抓取零件點(diǎn)云精度要求,設(shè)計(jì)并開發(fā)基于線激光相機(jī)的零件三維點(diǎn)云獲取系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以通過調(diào)節(jié)相機(jī)和線激光發(fā)生器的位置和角度實(shí)現(xiàn)調(diào)整相機(jī)的工作范圍,根據(jù)環(huán)境變化等調(diào)節(jié)相機(jī)的曝光度和線激光發(fā)生器的亮度等。并提出將單目相機(jī)標(biāo)定方法中常用的張正友相機(jī)標(biāo)定法用于線激光相機(jī)標(biāo)定,克服了傳統(tǒng)標(biāo)定法和主動(dòng)標(biāo)定法難以同時(shí)滿足精度和速度要求的缺點(diǎn),實(shí)現(xiàn)線激光相機(jī)快速標(biāo)定。設(shè)計(jì)的線激光相機(jī)測(cè)量范圍700-1000mm,測(cè)量視野... 

【文章來源】：蘇州大學(xué)江蘇省

【文章頁(yè)數(shù)】：96 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖２－?１直射式光學(xué)三角法原理圖??線激光光軸和攝像機(jī)光軸之間的夾角為０，當(dāng)待測(cè)物體表面發(fā)生變化或移動(dòng)吋，??

第二章基于線激光相機(jī)的點(diǎn)云獲取原理分析?基于線激光相機(jī)的散亂零件識(shí)別和抓取系統(tǒng)研究??２．１．２斜射式光學(xué)三角法??斜射式光學(xué)三角法的線激光入射角度和物體表面的法線之間有一定角度［３３］。原理??圖如圖２－２所示。??＼?舞??＼?６成像平而??＼?ｙ／７?ｆ＆ｍｍ??Ｖｚ??．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．???圖２－２斜射式光學(xué)三角法原理圖??待測(cè)物體表面法線和線激光光軸之間的角度為、和相機(jī)光軸之間的夾角為??待測(cè)物體移動(dòng)位移Ｘ，成像平面上位移為ｘ＇。則可以求出待測(cè)物體表面的位移。??ｃａ＇ｃｏｓＯ，??Ｘ?＝?“＾２）?—Ｘ，Ｃ０Ｓ＿）?（２－２）??式中：??ａ??待測(cè)點(diǎn)到相機(jī)鏡頭的距離；??ｂ——相機(jī)鏡頭到感光芯片的距離；??ｅ＇——待測(cè)點(diǎn)法線和線激光光軸之間的夾角；??９２——待測(cè)點(diǎn)法線和相機(jī)光軸之間的夾角。??２．１．３三角測(cè)量原理分析??對(duì)兩種線激光入射方式進(jìn)行分析比較，主要有以下幾個(gè)方面：??１．斜射式測(cè)量精度更高，直射式測(cè)量范圍更廣，實(shí)驗(yàn)設(shè)備結(jié)構(gòu)更緊湊；都可以實(shí)??現(xiàn)高精度的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。??２．線激光和待測(cè)物體交點(diǎn)位置。如圖２－３所示，當(dāng)待測(cè)物體上下位置因垂直運(yùn)動(dòng)??發(fā)生變化時(shí)，斜射式三角測(cè)量法激光線和待測(cè)物體之間有不同的交點(diǎn)。在需要激光線??和物體交點(diǎn)固定的時(shí)候，可以采用直射式光學(xué)三角法。??３．相機(jī)接收光線強(qiáng)度。直射視光學(xué)三角法接收的是線激光在物體表面的散射光。??１０??

基于線激光相機(jī)的散亂零件識(shí)別和抓取系統(tǒng)研宄?第二章基于線激光相機(jī)的點(diǎn)云獲取原理分析??而斜射式激光三角法不僅可以接收到物體表面的散射光，還能接收到反射光。??本文設(shè)計(jì)線激光相機(jī)的目的是獲取散亂零件的點(diǎn)云信息。零件形貌比較復(fù)雜，并??且要求測(cè)量點(diǎn)不能發(fā)生偏移。綜合考慮設(shè)備體積和平臺(tái)搭建，使用直射式激光三角法??可以滿足本文對(duì)線激光相機(jī)的要求。??２．２線激光相機(jī)成像模型??基于直射式激光三角法設(shè)計(jì)的線激光相機(jī)的成像原理圖如圖２－３所示。線激光發(fā)??生器向相機(jī)視野內(nèi)的三維空間投射出一條激光線。該激光線投影在三維空間形成一個(gè)??平面，該平面和物體的表面輪廓相交，在物體表面形成一條變形的激光線。激光線的??變形程度受物體表面輪廓影響；另一側(cè)相機(jī)采集包含該激光線的數(shù)字圖像，提取線激??光條紋中心像素坐標(biāo)。根據(jù)相機(jī)標(biāo)定后得到的像素坐標(biāo)系和線激光平面坐標(biāo)所在空間??坐標(biāo)系之間的關(guān)系，將線激光條紋中心坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為空間三維坐標(biāo)。從而獲取零件三維??點(diǎn)云。激光線條紋的變形情況受工業(yè)相機(jī)與激光發(fā)生器的相對(duì)位置和物體表面輪廓影??響。當(dāng)工業(yè)相機(jī)和激光發(fā)生器的位置確定后，即可通過激光線的變形程度測(cè)量零件的??三維形貌。??圖２－?３線激光相機(jī)成像模型??以圖中點(diǎn)Ｐ為例，在空間中的坐標(biāo)為戶Ｕ，ＪＶ７）。根據(jù)相機(jī)成像模型（見２．３節(jié)），??圖像中任意一點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一條射線上的空間點(diǎn)，射線為相機(jī)原點(diǎn)和像素點(diǎn)連線所??在的位置，如圖中射線ｏｐ所示，表達(dá)式為：??ｊｆｘｘ?＋?（ｕ０－ｎ）ｚ?＝?０??ｌ（ｘ，ｙ，ｚ）＾＼?（２－３）??｛ｆｖｙ＋（ｖ〇－ｖ）ｚ?＝?°??１１??


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