【摘要】：隨著制造業(yè)的日益發(fā)展,以人工切割和半自動(dòng)切割的傳統(tǒng)坡口切割方式已經(jīng)越來越難以滿足工業(yè)需要。同時(shí),人工切割與半自動(dòng)切割難以保證切割精度與切割效率,難以完成復(fù)雜形狀切割。因此亟需研究能夠在工廠環(huán)境下實(shí)現(xiàn)全景圖像獲取、工件自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)精確獲取工件切割路徑并進(jìn)行切割的復(fù)雜工況機(jī)器人切割視覺引導(dǎo)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)坡口切割自動(dòng)化智能化。論文從實(shí)際工廠切割環(huán)境出發(fā),搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),模擬真實(shí)切割環(huán)境,使用較大尺寸的工作平臺(tái),實(shí)驗(yàn)中選用不同厚度的切割工件。使用KUKA機(jī)器人加外部軸的方式作為外部執(zhí)行器,相機(jī)以eye-in-hand的方式固定在機(jī)器人上。結(jié)合二維圖像與三維點(diǎn)云的優(yōu)勢(shì),使用二維相機(jī)進(jìn)行圖像拼接與模板匹配,完成工件識(shí)別與質(zhì)心位置獲取;利用三維相機(jī)進(jìn)行點(diǎn)云拼接獲取工作平臺(tái)中工件點(diǎn)云輪廓,并根據(jù)二維工件識(shí)別結(jié)果匹配目標(biāo)工件點(diǎn)云,提取目標(biāo)工件機(jī)器人切割路徑,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工況機(jī)器人視覺引導(dǎo)切割。論文的主要工作如下:(1)在二維圖像處理方面,重點(diǎn)研究了針對(duì)于論文所述實(shí)驗(yàn)環(huán)境的圖像拼接算法。針對(duì)論文研究的實(shí)驗(yàn)環(huán)境的特點(diǎn),選用了基于ROI區(qū)域的ORB特征的圖像拼接算法進(jìn)行圖像拼接。采用Fast角點(diǎn)主方向識(shí)別特征點(diǎn),使用Brief特征描述與漢明距離實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)點(diǎn)匹配,通過隨機(jī)抽樣一致性算法對(duì)匹配結(jié)果提純,根據(jù)提純后的特征點(diǎn)實(shí)現(xiàn)圖像配準(zhǔn),最終使用加權(quán)融合實(shí)現(xiàn)圖像的兩兩拼接。并且利用此算法對(duì)多幅工作平臺(tái)進(jìn)行拼接,獲得滿足精度與時(shí)間要求的工作平臺(tái)全景圖像。在完成拼接后,使用基于HSV顏色分割的輪廓提取與模板匹配進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別,得到工件質(zhì)心位置,為三維點(diǎn)云處理做準(zhǔn)備。(2)在三維視覺方面,重點(diǎn)研究了針對(duì)于本實(shí)驗(yàn)環(huán)境的點(diǎn)云拼接算法。以論文的實(shí)驗(yàn)環(huán)境為基礎(chǔ),對(duì)AT相機(jī)采集得到的點(diǎn)云進(jìn)行點(diǎn)云濾波與點(diǎn)云去噪,再進(jìn)行點(diǎn)云分割,得到工件上表面點(diǎn)云面片。接著,研究了基于協(xié)方差矩陣的點(diǎn)云粗拼接方法和基于ROI區(qū)域的kd-tree數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的ICP點(diǎn)云精拼接算法。在ICP算法原有基礎(chǔ)上,使用基于ROI區(qū)域的圖像分割減小待迭代點(diǎn)云數(shù)量,使用kd-tree數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)ICP算法進(jìn)行加速,最終實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云的精確拼接。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,論文所述圖像拼接算法在拼接時(shí)間小于2.5s,拼接誤差小于0.1mm,滿足后續(xù)處理要求。(3)提出了使用二維相機(jī)和三維相機(jī)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)機(jī)器人視覺引導(dǎo)。利用各自優(yōu)勢(shì),使用二維視覺進(jìn)行圖像拼接、目標(biāo)識(shí)別,得到目標(biāo)工件質(zhì)心位置。使用三維相機(jī)進(jìn)行點(diǎn)云拼接,根據(jù)二維圖像識(shí)別結(jié)果提取目標(biāo)工件切割路徑,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工況視覺引導(dǎo)切割。本系統(tǒng)最終視覺引導(dǎo)誤差小于2mm,滿足工件坡口切割精度要求。論文通過二維視覺與三維視覺相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)滿足精度要求的復(fù)雜工況機(jī)器人視覺引導(dǎo)坡口切割路徑獲取,在工業(yè)生產(chǎn)中具有一定的可行性與實(shí)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：北京石油化工學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP242

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