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工业机器人视觉引导关键技术的研究

陈立松  
【摘要】:工业机器人已经成为了先进制造业中不可替代的重要装备,其应用领域也正从汽车产业向一般工业延伸。工业机器人视觉引导技术作为当前机器人实用性技术的研究热点之一,为工业机器人在高柔性和高智能化生产线中的应用奠定基础。标定是机器人视觉引导的关键环节,标定精度直接影响机器人对工件的定位效果。同时,机器人视觉标定技术又是离线编程的前提。本文以工程中不同类型的机器人视觉产品为研究对象,从应用角度出发分析了视觉引导系统的工作原理,重点研究了视觉引导系统标定过程,探索了不同坐标系之间的变换关系求解算法。主要内容有: 1.分析不同应用场合机器人视觉引导系统工作原理,分别建立2D、2.5D和3D视觉系统数学模型,并选取合适的图像特征用于求解工件空间位置变化量。验证了2.5D视觉系统中通过对同一物体不同高度的拍摄后,由图像尺寸得出物体高度信息。 2.提出基于空间向量的机器人与靶标位姿标定方法,通过装有末端工具的机器人获取靶标上的特征点坐标,并利用空间几何知识建立靶标坐标系与机器人世界坐标系的变换关系,采用现场采集数据进行验证。 3.建立了基于2点的2D视觉引导系统手眼标定模型,利用工件上2个特征点获取机器人工件坐标系和图像坐标系变换关系中的3个参数。 4.基于四元数建立摄像机坐标系到工件坐标系的变换方程,同时引用摄影测量学科中求解空间三维旋转的算法以及对数据误差的处理方法,建立摄像机共线条件方程并进行线性化处理,使用现有的测量间接平差方法建立误差方程,实现了变换方程中参数的迭代求解。


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