【摘要】：工業(yè)機器人快速、高效和高精準度的特點符合現(xiàn)代工業(yè)、制造業(yè)的需求,其在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應用。然而,未經(jīng)系統(tǒng)精度標定的工業(yè)機器人的末端定位精度非常低。為了提高工業(yè)機器人的末端定位精度,本文以某企業(yè)自主研發(fā)的某款六自由度工業(yè)機器人為研究對象,提出兩種基于視覺檢測的工業(yè)機器人幾何參數(shù)標定及誤差矯正方法,對機器人末端定位精度的提高進行了研究。本文主要進行了以下幾個方面的研究:第一,對機器人運動學進行了研究。根據(jù)實驗機器人的本體結(jié)構(gòu)和尺寸參數(shù),建立了機器人連桿坐標系和D-H參數(shù)模型;詳細推導機器人運動學的正解和逆解數(shù)學模型,確定了對機器人末端位置產(chǎn)生影響的關(guān)鍵參數(shù)以及其產(chǎn)生影響的機理,為建立機器人末端位置誤差約束方程提供理論上的支持;對本文采用的兩種參數(shù)標定方案的原理和實驗方案進行了研究,確定了本文進行參數(shù)標定的方案。第二,對工業(yè)相機的成像模型和相機內(nèi)外參數(shù)的標定進行了研究。結(jié)合相機的外參數(shù)矩陣提出了檢測系統(tǒng)手-眼-靶標定的方案,并推導出了具體的手-眼-靶標定關(guān)系式。最后采用基于李群理論的MATLAB算法實現(xiàn)了對手-眼-靶標定關(guān)系的求解。第三,采用四步圖像處理方法提高棋盤格靶標圖像角點信息清晰度。分別對圖像進行光照平衡,高斯濾波去噪,最大類間差法二值化和小面積過濾去雜點處理,有效縮短了圖像計算的時間,提高了圖像棋盤格角點信息的清晰度,并提高了相機標定和手-眼-靶標定的效率和精度。第四,詳細研究了基于視覺檢測的關(guān)節(jié)軸線檢測法和空間位置約束法兩種機器人幾何參數(shù)標定方法。分別以軸線實際位置檢測和幾何參數(shù)數(shù)值優(yōu)化的方式完成機器人的幾何參數(shù)標定,從而提高機器人的末端位置精度。空間位置約束法通過視覺方式檢測機器人末端在空間中的位置,將檢測數(shù)據(jù)與機器人控制器中的位置數(shù)據(jù)對比確定機器人末端在空間中的位置誤差,然后利用該誤差結(jié)合機器人的運動學方程建立誤差約束方程,再利用遺傳算法對機器人的幾何參數(shù)進行系統(tǒng)的優(yōu)化,求出當前約束條件下的最優(yōu)幾何參數(shù)值,完成幾何參數(shù)標定任務;軸線檢測法通過旋轉(zhuǎn)單個關(guān)節(jié)軸,并采用結(jié)合棋盤格靶標的相機標定技術(shù),對旋轉(zhuǎn)過程中固連在機器人末端的相機光心在空間中的位置數(shù)據(jù)進行檢測,然后利用檢測數(shù)據(jù)進行空間圓擬合從而確定出單關(guān)節(jié)軸線的空間位置數(shù)據(jù),最后根據(jù)關(guān)節(jié)軸線位置實現(xiàn)幾何參數(shù)的標定。第五,實驗驗證了兩種標定方法的可行性和標定結(jié)果的有效性。采用標準機器人預標定的方式實現(xiàn)了對檢測系統(tǒng)的手-眼-靶位置的精確標定,求解出了具體的關(guān)系式;而后對實驗數(shù)據(jù)進行了集中處理,分別計算了空間位置約束法和軸線檢測法的詳細數(shù)據(jù)結(jié)果,得出了兩種方案標定的幾何參數(shù)的具體數(shù)值,。理論研究和實驗結(jié)果表明,研究采用的軸線檢測法成功的實現(xiàn)了對關(guān)節(jié)1、2、3軸線位置的檢測,標定了a_1、a _2、d_1三個參數(shù),并將機器人的末端位置精度從2.350mm提高到了1.477mm;空間位置約束法成功的實現(xiàn)了機器人幾何參數(shù)最優(yōu)值的標定,將機器人的末端位置精度從2.350mm提高到了1.524mm;實驗結(jié)果充分證明了本文提出的兩種基于視覺檢測參數(shù)標定方案的有效性和可行性。
【學位授予單位】：煙臺大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP242.2
【圖文】：

第一章 緒論測量系統(tǒng)，但主要用于對人體關(guān)節(jié)位姿的檢測；美國感器并配合一種混合優(yōu)化方案來對機器人位姿進行檢運用基于拉線傳感器的工業(yè)機器人標定系統(tǒng)，來解決以及機械傳動誤差等標定任務；洪偉松[19]等人利用拉成了工業(yè)機器人的標定任務；圖 1.1 所示為一種拉線傳感器在工業(yè)機器人檢測上的應用示意圖。

第一章 緒論測量系統(tǒng)，但主要用于對人體關(guān)節(jié)位姿的檢測；美國感器并配合一種混合優(yōu)化方案來對機器人位姿進行檢運用基于拉線傳感器的工業(yè)機器人標定系統(tǒng)，來解決以及機械傳動誤差等標定任務；洪偉松[19]等人利用拉成了工業(yè)機器人的標定任務；圖 1.1 所示為一種拉線傳感器在工業(yè)機器人檢測上的應用示意圖。

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本文編號：2713014