收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

冲裁上料机器人设计与视觉伺服系统的研究

田石祥  
【摘要】:冲压生产是当代机械加工和制造过程中一种重要的成型制造技术,具有速度快、效率高、材料利用率高、节约能源、污染少等优点,广泛应用于工业生产诸多领域中。随着先进制造技术的发展,冲压生产技术正在向精密化、高速化、自动化、柔性化的方向发展,采用自动化技术、机器人技术、伺服技术等先进制造技术手段,构成自动化冲压生产技术的重要发展方向。 视觉伺服系统一般由摄像机、图像预处理、图像理解、伺服控制器等部分组成,将视觉伺服系统同机器人相结合,使机器人具有同外部环境进行智能交互的能力,是当今机器人发展的一个主要方向。 本文以三自由度RRR关节型冲裁上料机器人(简称SR09)为原型,就其概念设计、运动学、动力学及视觉伺服系统和伺服控制器的设计进行了深入地研究,主要内容及成果如下: 第一章首先就冲压机器人对冲压生产自动化的影响、作用及意义进行了说明;对冲压机器人的种类与结构形式、与压力机的同步与协调方式及冲压自动化生产线全线的同步与协调方式等一系列问题进行分析和归纳。该章还讨论了机器人概念设计的方法对机器人这样的现代复杂的机电一体化系统的重要意义,分析了视觉伺服系统及其相关的图象处理、神经网络、模糊控制、机器人多传感器信息融合等技术的发展现状;论述了研究与开发冲压机器人及新一代的具有自治能力的智能冲压机器人对冲压生产自动化,提高企业的制造水平与能力,提高企业快速响应市场的能力的重要意义。 第二章介绍了UML建模语言的基本构成及作用,总结了使用UML建模语言进行系统概念设计的优越性。基于信息系统的建模理论,应用面向对象的软件工程方法,建立了基于UML的现代机械系统用例驱动的设计过程模型。总结分析了用例驱动方法进行机电系统概念设计的步骤及目标,并用这种方法进行了冲裁上料机器人SR09的概念设计,对设计的结果进行了运动学动力学的仿真。 第三章以串联关节式机器人(简称操作臂)为基础,构成操作臂的杆件被看作刚体,建立了SR09的连杆坐标系统和Denavit-Hartenbcrg描述体系及运动转换矩阵,给出了视觉系统坐标系,机器人本体坐标系及端拾器坐标系三者之间的关系,推导了SR09操作臂的运动学与动力学方程,并给出了方程的封闭正反解,开发了一种简洁实用基于牛顿欧拉方程的动力学算法,进行了动力学分析与仿真。 第四章是关于机器人轨迹生成与最佳工作位置计算,这里轨迹是指位置、速度,加速度在关节空间或笛卡尔空间的时间历程。内容包括了常用的轨迹生成方法,对SR09的直线、弧线组成的综合轨迹进行了有圆滑过渡与无圆滑过渡的对比仿真试验研究,提出了一种基于SR09的最佳工作位置的优化算法。 第五章讨论了视觉系统的构成与线性摄像机的模型及摄像机标定主要方法,给山了SR09的视觉系统的标定方式及相应的内、外参数矩阵。机器人的视觉系统主要由图像获取、图像处理两大部分构成。图像获取主要通过数码扫描仪、相机等数字化设备获取目标图像,图像处理主要经过数字滤波消除噪声,通过二值化算法,使彩色及各种灰度图像成为便于处理的黑白图像,经过边缘检测得到物体轮廓构造,通过图像分割得到所需的目标的图像坐标。该章提出了基于BP神经网络的工件识别算法,试验表明该算法能较好地解决SR09视觉系统进行工件识别的技术问题。 第六章研究eye-in-hand方式下单目、双目机械手视觉伺服控制及基于位置的模糊PID控制,给出了单目Eye-in-Hand配置和双目立体配置下的视觉伺服控制模块的基本原理。主要内容包括:分析研究了单目Eye-in-Hand配置下的图像雅可比矩阵和基于PD(比例微分)的机械手控制算法,以及基于双目立体视觉的机械手视觉伺服控制,分别给出了SR09针对5个与8个工件特征点及直线与圆弧轨迹跟踪在Eye-in-Hand配置下的仿真实验。为提高机器人的自主性与适应性,从改善其工作性能,该章采用分段控制的模糊PID控制器,使得模糊控制参数和规则在控制过程中根据误差及变化率自动地调整、修改,从而使系统的控制性能不断改善,达到最佳的控制效果。SR09对斜平面内圆弧轨迹追踪仿真试验结果表明模糊PID控制效果较好。 第七章是关于机器人多信息融合技术及控制。目前信息融合的方式主要有加权平均法,D-S证据法,产生式规则法,模糊理论与神经网络法。SR09机器人工作在物料抓取、搬运、物料放置的工作循环中,频繁与周围环境发生接触,保证机器人端拾器能够按规定的轨迹运动同时使其与环境的接触力在可接受的范围内十分重要。在没有力传感器的情况下,通过检测关节电机电流的变化了解关节力矩的变化,从而了解作用于操作臂末端的环境作用力的变化情况,产生接近觉,是控制机械臂精确安全定位,节省制造成本的一个好办法。该章讨论了视觉信息、力信息融合时,在无力传感器情况下基于关节电机电流反馈的力/位混合控制策略,实现了无力传感器情况下的机器人的接近觉反应,利用P.I.Corke博士的机器人工具箱构成了基于SR09的位置力矩控制仿真平台,进行了仿真试验。 第八章对全文作出总结,计划将进一步考虑SR09的弹性动力学及参数辩识问题,以使SR09向高速化与轻量化发展;同时,对SR09端拾器轨迹转折处的关节角轨迹的圆滑过渡曲线进行优化设计,以及视觉系统及物料识别的实时性问题将作进一步研究。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 徐开芸;曹锦江;;多关节教学工业两用型机器人实验平台[J];中国现代教育装备;2004年03期
2 王光建,梁锡昌,蒋建东;机器人关节的发展现状与趋势[J];机械传动;2004年04期
3 孟庆鑫,李平,郭黎滨,王立权;多机器人协作技术分析及其实验系统设计[J];制造业自动化;2004年11期
4 曹曦;赵群飞;马培荪;;两足步行椅机器人的设计与研究[J];上海理工大学学报;2007年02期
5 王星;向立莉;梁杰申;;排爆机器人中的通信实现[J];微计算机信息;2007年11期
6 李振;张玉茹;刘军传;;一种基于机器视觉的机器人标定方法[J];机械设计与研究;2007年03期
7 徐敏;;机器人技术在机械加工中的应用[J];洪都科技;2007年03期
8 ;适用于机器人的关节模块[J];航空制造技术;2009年18期
9 丁希仑;徐坤;;一种新型变结构轮腿式机器人的设计与分析[J];中南大学学报(自然科学版);2009年S1期
10 郭伟;肖滔;胡海燕;李满天;王鹏飞;;一种连续型肠道机器人的通过性研究与仿真[J];机械与电子;2010年07期
11 张栋;贠超;宋德政;高志慧;;基于正交试验法的3P3R磨削机器人灵活性优化[J];北京航空航天大学学报;2010年09期
12 党培;谭云福;申利民;;基于多关节机器人的能量最小消耗控制策略[J];计算机应用研究;2010年12期
13 刘海江;姜冬冬;张春伟;;侧围工位多机器人防干涉问题研究[J];机械设计;2011年06期
14 张勤;吴志斌;神谷好承;;基于重复变换法的多关节站立型机器人搬运动作仿真[J];机器人;2011年03期
15 宫赤坤;张智斌;谷根;王慧;;四足机器人的设计制作与实现[J];微计算机信息;2011年09期
16 任志斌;王中科;于仲安;梁建伟;;机器人关节用高精度交流伺服系统研究与实现[J];计算机测量与控制;2012年01期
17 赵晶英;项顺伯;陈英俊;;轻型卡车底板纵梁生产线的机器人焊接仿真[J];机械设计;2012年04期
18 陈乃建;张进华;艾长胜;宋方臻;;基于电液作动器技术的机器人关节微型驱动系统[J];农业机械学报;2012年05期
19 王嵛;刘浩;田威;万世明;刘勇;李东明;;面向飞机自动化装配的机器人工作姿态规划[J];中国制造业信息化;2012年13期
20 陈华;刘国栋;;一种改进的机器人在线全身关节补偿[J];计算机测量与控制;2012年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 丁希仑;徐坤;;一种新型变结构轮腿式机器人的设计与分析[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第六分册)[中南大学学报(增刊)][C];2009年
2 黄海林;李兵;刘荣强;邓宗全;;空间运动度可重构机器人概念原理与应用[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第七届学术年会论文集[C];2010年
3 黄亚楼;卢桂章;;多机器人协调运动能力的度量[A];1995年中国智能自动化学术会议暨智能自动化专业委员会成立大会论文集(下册)[C];1995年
4 吴成东;陈莉;邹立君;;机器人顺应运动速度与力混合控制[A];1995中国控制与决策学术年会论文集[C];1995年
5 杨明;苏学成;李贻斌;樊炳辉;逢振旭;;一种机器人关节控制系统研究[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年
6 荆阳;庞思勤;周兰英;;月球探测机器人关节固体润滑关键技术的新进展[A];面向制造业的自动化与信息化技术创新设计的基础技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
7 于莲芝;颜国正;丁国清;梁卫冲;;核工业机器人现场分布式控制[A];第二届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2004年
8 杨庆华;张立彬;阮健;;气动弯曲关节的特性研究[A];第二届全国流体传动及控制工程学术会议论文集(第四卷)[C];2002年
9 苏剑波;冯纯伯;;双机器人手眼协调系统[A];1995中国控制与决策学术年会论文集[C];1995年
10 张绪平;余跃庆;;空间机器人关节柔性与杆柔性的耦合特性[A];第十一届全国机构学年会暨首届青年机构学研讨会论文集[C];1998年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孙磊;四足机器人仿生控制方法及行为进化研究[D];中国科学技术大学;2008年
2 贾文川;四足机器人脑机协作导航与规划[D];华中科技大学;2011年
3 刘壮志;弹跳机器人若干关键技术研究[D];南京航空航天大学;2005年
4 魏航信;仿人跑步机器人快速跑步研究[D];西安电子科技大学;2006年
5 静大海;机器人关节面时变物理参数在线识别方法的研究[D];北京邮电大学;2007年
6 张雪元;基于人工心理的服务机器人交互平台相关技术研究[D];北京科技大学;2007年
7 王鹏飞;四足机器人稳定行走规划及控制技术研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
8 史成坤;一种紧急救援的带臂球形机器人的研究[D];北京邮电大学;2010年
9 韩震峰;面向煤矿井下探测的多节履带式机器人及其关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
10 徐鹏;脚掌转动的跳跃机器人轨迹规划与落地稳定性分析[D];哈尔滨工程大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 尹博;单足弹跳机器人虚拟样机关键技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 王桃芬;迎宾机器人伺服执行机构设计[D];重庆大学;2009年
3 程晓峰;基于虚拟平台的多臂机器人的干涉区分析与仿真[D];西华大学;2009年
4 杜传奇;多机器人远程监测与协调控制系统的研究[D];北京邮电大学;2009年
5 张权;仿蟋蟀机器人跳跃运动性能的研究[D];江南大学;2009年
6 朱磊磊;果园管理机器人平台的自动导航系统研究[D];西北农林科技大学;2010年
7 谢云峰;基于虚拟样机技术玻璃生产线用重载机器人的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 彭中波;机器人检测精度的研究[D];西安理工大学;2000年
9 张士军;硅片传输机器人的研制[D];大连理工大学;2005年
10 胡宇川;偏瘫上肢复合运动康复训练机器人的研制[D];清华大学;2004年
中国重要报纸全文数据库 前6条
1 本报记者 王小伟;上市公司开演“机器人总动员”[N];中国证券报;2014年
2 记者 彭仲 通讯员 胡沛 徐文婷;中国机器人将装汉产“关节”[N];长江日报;2014年
3 巴黎高科评论 冯素雯 译;更好或更坏的“外科医生”?[N];经济观察报;2014年
4 本报记者 魏静;万亿市场推动机器人产业大爆发[N];中国证券报;2013年
5 本报记者 袁畅;云电脑无需担心死机或数据丢失[N];惠州日报;2013年
6 记者 张愎;秦川发展:机床订单下滑 机器人减速器成亮点[N];第一财经日报;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978