基于球桿示教筆的機器人軌跡演示編程系統(tǒng)研究
發(fā)布時間：2021-08-04 21:36
隨著工業(yè)機器人市場規(guī)模的不斷擴大,其應用領域也不斷擴展。在焊接、激光切割以及噴涂等新興的工業(yè)機器人應用領域,傳統(tǒng)的機器人軌跡編程方式,例如示教器編程和人工拖拽示教,具有技術門檻高、編程效率低等缺點,不能滿足此類行業(yè)小批量、短周期、款式種類多的加工特點,成為了工業(yè)機器人進一步應用推廣的一道門檻。針對傳統(tǒng)的工業(yè)機器人軌跡編程方式復雜低效的問題,本文對機器人演示編程（Robot programming by demonstration,RPD）研究領域進行了深入研究,設計并開發(fā)了一種基于球桿示教筆的機器人軌跡演示編程系統(tǒng)。通過設計的球桿示教筆和機器視覺算法,實現了高效的軌跡編程示教。系統(tǒng)基于機器人操作系統(tǒng)（Robot operating system,ROS）平臺開發(fā),并配有圖形交互界面和手勢交互界面,具有良好的可擴展性和用戶友好性。根據示教任務需求,設計了一種結構簡單、成本低廉的球桿示教筆,提出了基于機器視覺捕捉示教筆軌跡的示教方案。使用Kinect相機采集機器人工作空間的點云數據,設計算法從點云數據中提取示教筆的位姿信息。結合標定后的相機外參數,獲得標記物在機器人基坐標系下的位姿信息,并...
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數】：73 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
樂高積木組裝仿真實驗[4]
哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文3系統(tǒng)最終生成有效的機器人程序，完成機器人演示編程任務。圖2-2手電筒的演示編程流程圖[4]1.3.2國外研究現狀國外對機器人演示編程的研究十分注重，并且已經取得了不錯的進展，在機器人演示編程的關鍵技術難題上都有所突破。許多高校和研究機構都在機器人演示編程技術領域開展了深入的研究，如荷蘭的戴爾福特大學，英國的埃塞克斯大學等。來自加拿大麥克馬斯特大學JineshPatel等人開發(fā)了一種面對工業(yè)零件分揀任務的具有容錯能力的機器人演示編程系統(tǒng)[8]。他們的硬件平臺由一臺深度相機（Kinect），一臺六自由度機械臂（CRSRobotics）和一個固定在機械臂末端的電磁吸爪組成（圖2-3）。這套演示編程系統(tǒng)的主要目的是通過人手先指向工作臺上的不同形狀的工件（螺釘、墊圈、螺母），然后再指向要將其分撿的盒子，通過視覺處理使機器人能夠自動進行零件的分揀工作。他們的主要工作集中在視覺處理方面的手勢識別和零件識別的軟件算法上。JineshPatel將實現零件分揀的算法任務分為兩個主要模塊，分別是示教模塊和分
哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文4揀模塊，每個模塊又包含許多個子任務。在零件識別算法中，他們在HSV顏色空間中進行零件圖像的分割，利用圖形學處理對零件的特征進行提取，將零件的輪廓面積，孔的個數和包絡零件輪廓的最小矩形區(qū)域的長寬比作為零件的三個特征以識別不同零件。圖2-3JineshPatel的機器人演示編程系統(tǒng)[8]在手勢識別算法中，他們在HSV顏色空間中將人手分割出來，通過計算輪廓中心到輪廓的最大距離獲取指尖的位置信息。在人機交互方面，他們使機器人用語音將當前需要執(zhí)行的任務傳達給人類演示者，并通過語音提示演示操作中出現的錯誤，大大提高了系統(tǒng)的友好性和容錯能力。瑞典隆德大學成立了SARAFun（SmartAssemblyRobotwithAdvancedFunction-alities）項目，其目的是為了讓非專業(yè)用戶能夠在不到一天的時間內將雙手動裝配任務集成到機器人上。在2017年，瑞典隆德大學的MathiasHaagea等人開發(fā)了一種應用于裝配任務的演示編程系統(tǒng)[9]。他們的系統(tǒng)利用先進的計算機視覺方法去檢測和追蹤裝配任務中的零件，結合最先進的演示裝配語義分析，使用機器人知識集成框架自動合成和部署機器人程序，用于人工演示的裝配任務。他們還設計開發(fā)了基于網絡的人機交互（HumanRobotInteraction,HRI）界面，用于幫助演示者以直觀的方式演示組裝任務。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于Kinect v2的實時精確三維重建系統(tǒng)[J]. 李詩銳,李琪,李海洋,侯沛宏,曹偉國,王向東,李華. 軟件學報. 2016(10)
[2]基于聚類改進的KNN文本分類算法[J]. 周慶平,譚長庚,王宏君,湛淼湘. 計算機應用研究. 2016(11)
[3]基于ROS的機器人模型構建方法研究[J]. 曹正萬,平雪良,陳盛龍,蔣毅. 組合機床與自動化加工技術. 2015(08)
碩士論文
[1]面向工業(yè)裝配演示編程的機械臂運動控制[D]. 王浩.浙江大學 2018
[2]面向工業(yè)裝配演示編程的動作識別[D]. 譽洪生.浙江大學 2017
[3]面向工業(yè)裝配演示編程的零件識別與位姿估計[D]. 王亞彪.浙江大學 2016
本文編號：3322450
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數】：73 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
樂高積木組裝仿真實驗[4]
哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文3系統(tǒng)最終生成有效的機器人程序，完成機器人演示編程任務。圖2-2手電筒的演示編程流程圖[4]1.3.2國外研究現狀國外對機器人演示編程的研究十分注重，并且已經取得了不錯的進展，在機器人演示編程的關鍵技術難題上都有所突破。許多高校和研究機構都在機器人演示編程技術領域開展了深入的研究，如荷蘭的戴爾福特大學，英國的埃塞克斯大學等。來自加拿大麥克馬斯特大學JineshPatel等人開發(fā)了一種面對工業(yè)零件分揀任務的具有容錯能力的機器人演示編程系統(tǒng)[8]。他們的硬件平臺由一臺深度相機（Kinect），一臺六自由度機械臂（CRSRobotics）和一個固定在機械臂末端的電磁吸爪組成（圖2-3）。這套演示編程系統(tǒng)的主要目的是通過人手先指向工作臺上的不同形狀的工件（螺釘、墊圈、螺母），然后再指向要將其分撿的盒子，通過視覺處理使機器人能夠自動進行零件的分揀工作。他們的主要工作集中在視覺處理方面的手勢識別和零件識別的軟件算法上。JineshPatel將實現零件分揀的算法任務分為兩個主要模塊，分別是示教模塊和分
哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文4揀模塊，每個模塊又包含許多個子任務。在零件識別算法中，他們在HSV顏色空間中進行零件圖像的分割，利用圖形學處理對零件的特征進行提取，將零件的輪廓面積，孔的個數和包絡零件輪廓的最小矩形區(qū)域的長寬比作為零件的三個特征以識別不同零件。圖2-3JineshPatel的機器人演示編程系統(tǒng)[8]在手勢識別算法中，他們在HSV顏色空間中將人手分割出來，通過計算輪廓中心到輪廓的最大距離獲取指尖的位置信息。在人機交互方面，他們使機器人用語音將當前需要執(zhí)行的任務傳達給人類演示者，并通過語音提示演示操作中出現的錯誤，大大提高了系統(tǒng)的友好性和容錯能力。瑞典隆德大學成立了SARAFun（SmartAssemblyRobotwithAdvancedFunction-alities）項目，其目的是為了讓非專業(yè)用戶能夠在不到一天的時間內將雙手動裝配任務集成到機器人上。在2017年，瑞典隆德大學的MathiasHaagea等人開發(fā)了一種應用于裝配任務的演示編程系統(tǒng)[9]。他們的系統(tǒng)利用先進的計算機視覺方法去檢測和追蹤裝配任務中的零件，結合最先進的演示裝配語義分析，使用機器人知識集成框架自動合成和部署機器人程序，用于人工演示的裝配任務。他們還設計開發(fā)了基于網絡的人機交互（HumanRobotInteraction,HRI）界面，用于幫助演示者以直觀的方式演示組裝任務。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于Kinect v2的實時精確三維重建系統(tǒng)[J]. 李詩銳,李琪,李海洋,侯沛宏,曹偉國,王向東,李華. 軟件學報. 2016(10)
[2]基于聚類改進的KNN文本分類算法[J]. 周慶平,譚長庚,王宏君,湛淼湘. 計算機應用研究. 2016(11)
[3]基于ROS的機器人模型構建方法研究[J]. 曹正萬,平雪良,陳盛龍,蔣毅. 組合機床與自動化加工技術. 2015(08)
碩士論文
[1]面向工業(yè)裝配演示編程的機械臂運動控制[D]. 王浩.浙江大學 2018
[2]面向工業(yè)裝配演示編程的動作識別[D]. 譽洪生.浙江大學 2017
[3]面向工業(yè)裝配演示編程的零件識別與位姿估計[D]. 王亞彪.浙江大學 2016
本文編號：3322450
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