自“工業(yè)4.0”的觀點提出以來,工業(yè)自動化流水線技術帶領了第四次工業(yè)革命的風暴。工業(yè)機器人在流水線的作用也越來越大,在工業(yè)流水線的機械臂上引入視覺系統(tǒng)已經(jīng)成為了時代熱點,機械臂的視覺系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)流水線的加工過程中。本文通過分析當下機械臂分揀系統(tǒng)的發(fā)展歷程,著重研究基于視覺分揀過程的設計。通過分析機械臂的運動學、圖像處理、視覺伺服等知識,利用實驗室的IRB120小型的六自由度機械臂構建了一個基于視覺的模塊化分揀流水線的系統(tǒng),通過此系統(tǒng)實現(xiàn)不同顏色工件分類存放的過程。為了完成此課題,本文進行了以下研究:分析研究機械臂運動軌跡。通過研究視覺伺服技術在流水線的應用,確定本文中視覺伺服結構;對工業(yè)流水線中的機械臂運動學進行分析,通過D-H參數(shù)算法建立其運動學模型,求解機械臂的正逆運動學方程,并在MATLAB仿真環(huán)境下采用多項式插值的方法,求解機械臂的運動軌跡。搭建工業(yè)流水線中機械臂的視覺系統(tǒng)并對圖像進行處理。本文的視覺系統(tǒng)采用的是基于位置控制的伺服結構,從各種不同的標定方法中選取標定精確度高的算法--張正友標定方法對視覺相機進行標定。采用平滑和銳化兩個過程完成圖像的預處理,提出了改進的... 

【文章頁數(shù)】：118 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 選題的背景及其意義
    1.2 視覺機械臂在自動化流水線的發(fā)展應用
        1.2.1 視覺伺服機械臂的發(fā)展過程
        1.2.2 機械臂在自動化流水線中的發(fā)展
    1.3 視覺分揀機械臂在國內外的研究成果
        1.3.1 國外的研究現(xiàn)狀
        1.3.2 國內的研究現(xiàn)狀
    1.4 論文研究的內容及章節(jié)安排
        1.4.1 論文的目的和視覺伺服系統(tǒng)結構的創(chuàng)建
        1.4.2 論文章節(jié)安排
第2章 工業(yè)流水線中機械臂的運動學分析
    2.1 工業(yè)機器人三維空間中的位置和姿態(tài)
        2.1.1 位置
        2.1.2 姿態(tài)
        2.1.3 坐標變換
    2.2 機械臂的運動學建模
        2.2.1 建立連桿坐標中的D-H參數(shù)
        2.2.2 機械臂的正運動學
        2.2.3 機械臂的逆運動學
    2.3 機械臂的運動軌跡規(guī)劃
    2.4 本章小結
第3章 工業(yè)流水線中機械臂視覺系統(tǒng)設計
    3.1 攝像機模型的設計
    3.2 攝像機具體的標定方法
        3.2.1 單平面棋盤格標定
        3.2.2 線性標定法
    3.3 分析與驗證
        3.3.1 張正友法仿真的過程
        3.3.2 線性法的仿真
    3.4 工業(yè)流水線中工件預處理的過程
        3.4.1 工件圖像平滑處理的算法
        3.4.2 工件圖像平滑算法的仿真對比
        3.4.3 工件圖像銳化處理的算法
        3.4.4 工件圖像銳化算法的仿真對比
    3.5 本章小結
第4章 工業(yè)流水線中工件特征的提取和識別方法
    4.1 圖像分割技術
        4.1.1 閾值分割法
        4.1.2 模糊C-均值(FCM)聚類的圖像分割法
        4.1.3 圖像分割方法的仿真比較
    4.2 工件特征的提取與識別
        4.2.1 連通區(qū)域的標記
        4.2.2 Harris角點檢測
        4.2.3 工件形狀參數(shù)的提取與識別
    4.3 工件的顏色特征和識別
        4.3.1 顏色直方圖
        4.3.2 顏色集和顏色距
        4.3.3 顏色的聚合向量
        4.3.4 顏色相關圖
        4.3.5 基于提取閾值的顏色識別
        4.3.6 基于Alex Net神經(jīng)網(wǎng)絡模型顏色識別法
    4.4 本章小結
第5章 工業(yè)流水線模塊化分揀系統(tǒng)的設計
    5.1 基于PLC的模塊化分揀流水線系統(tǒng)設計
        5.1.1 模塊化分揀系統(tǒng)的構成
        5.1.2 模塊化分揀系統(tǒng)的產(chǎn)品配置
    5.2 S7-1200PLC的通信設置
        5.2.1 PLC和機械臂之間的PROFINET通信設置
        5.2.2 PLC和 PLC之間的通信設置
    5.3 工業(yè)機器人的數(shù)據(jù)建立和工作流程
        5.3.1 工具數(shù)據(jù)的建立過程
        5.3.2 工件坐標數(shù)據(jù)的建立過程
        5.3.3 機械臂有效載荷的設定
        5.3.4 機械臂的工作流程
    5.4 模塊化分揀系統(tǒng)的編程和仿真
        5.4.1 模塊化分揀系統(tǒng)的設計和編程
        5.4.2 模塊化分揀系統(tǒng)的仿真
    5.5 本章小結
第6章 總結與展望
    6.1 全文總結
    6.2 展望
參考文獻
致謝
在學期間主要科研成果
    一、發(fā)表學術論文
    二、申請專利
    三、獲獎


【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]基于目標函數(shù)的模糊聚類新算法及其應用研究[D]. 汪慶淼.江蘇大學 2014

碩士論文
[1]基于機器視覺的生活垃圾智能分揀系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]. 周瀅慜.哈爾濱工業(yè)大學 2018
[2]FANUC焊接機器人控制系統(tǒng)研究與仿真[D]. 孫巖.武漢理工大學 2015
[3]基于位置的工業(yè)機器人視覺伺服控制系統(tǒng)研究[D]. 董鵬飛.華南理工大學 2015
[4]基于視覺伺服的工業(yè)機器人控制技術研究[D]. 王樂.南京林業(yè)大學 2012



本文編號：3703781