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一种视觉机器人作业路径规划系统研究
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2020-10-22
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摘要:本文针对工业机器人的弧焊、切割和涂胶等应用,对视觉工业机器人作业路径规划系统作出了介绍。描述了摄像机坐标标定方法,采用图像采集技术获取环境信息,运用图像处理技术对采集的信号进行处理,实现了机器人实时控制和离线编程。经过实践证明,这个系统重复精度高,能够满足弧焊、切割和涂胶的要求,比较好的适合工业生产需求。 机器人学的一个最终目标是能制造出自治型机器人,如果将机器人看作是一种能够扩展人类工作能力的有效工具,那么人类在认识和改造世界的过程中就不能没有机器人。工业机器人是机器人家族中的一个重要分支,是机器人领域的重要研究发展方向。因此,对工业机器人运动路径规划的研究,一直受到人们的普遍关注
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一种视觉机器人作业路径规划系统研究一种视觉机器人作业路径规划系统研究
摘要:本文针对工业机器人的弧焊、切割和涂胶等应用,对视觉工业机器人作业路径规划系统作出了介绍。描
述了摄像机坐标标定方法,采用图像采集技术获取环境信息,运用图像处理技术对采集的信号进行处理,实现
了机器人实时控制和离线编程。经过实践证明,这个系统重复精度高,能够满足弧焊、切割和涂胶的要求,比
较好的适合工业生产需求。 机器人学的一个最终目标是能制造出自治型机器人,如果将机器人看作是一种
能够扩展人类工作能力的有效工具,那么人类在认识和改造世界的过程中就不能没有机器人。工业机器人是机
器人家族中的一个重要分支,是机器人领域的重要研究发展方向。因此,对工业机器人运动路径规划的研究,
一直受到人们的普遍关注
摘要:本文针对工业机器人的弧焊、切割和涂胶等应用,对视觉工业机器人作业路径规划系统作出了介绍。描述了摄像机
坐标标定方法,采用图像采集技术获取环境信息,运用图像处理技术对采集的信号进行处理,实现了机器人实时控制和离线编
程。经过实践证明,这个系统重复精度高,能够满足弧焊、切割和涂胶的要求,比较好的适合工业生产需求。
机器人学的一个最终目标是能制造出自治型机器人,如果将机器人看作是一种能够扩展人类工作能力的有效工具,那么人
类在认识和改造世界的过程中就不能没有机器人。工业机器人是机器人家族中的一个重要分支,是机器人领域的重要研究发展
方向。因此,对工业机器人运动路径规划的研究,一直受到人们的普遍关注。 基于最少时间、最少能量和避障等的不同目
标,许多研究学者对路径规划问题进行了探索。本文针对近年来在工业机器人路径规划的热点问题-机器人作业中避障的快速
性与路径的最优性-进行了系统而深入的研究。前者由于机器人构型空间的复杂性与机器人作业的快速性要求,而使路径规划
问题具有极大的挑战性;后者则因为机器人作业的精确性要求,所以从此角度对路径的最优性进行了探索与研究。
1 系统构成及工作原理系统构成及工作原理
机器人作业路径规划系统是在Motoman UP6工业机器人系统上做二次开发的。 CCD摄像机采集到外部环境的图像信息,
系统通过采集卡实现对图像的获取,获取图像后,通过图像的增强、滤波、边缘检测、细化等处理技术对图像信息进行分析处
理和重建。系统对这些处理后得到的数据进行实时计算,计算出图像中作业对象的特征点的位置信息。对获取的特征点信息,
系统有两种功能,一是通过Motocom32的库函数与机器人通信,实现对机器人的实时控制,完成指定作业;另一功能是快速
生成机器人控制文件,并可对文件编辑修改,当把这些文件导入机器人控制柜后,则可控制机器人完成指定作业。
2 系统软硬件组成系统软硬件组成
整个系统由2个子系统组成,一个为工业机器人系统,另一个为机器视觉系统。2个子系统通过软件平台进行通信。具体
构成如图1所示。
2.1 工业机器人系统工业机器人系统
工业机器人系统包括有Motoman UP6工业机器人本体、YASNAC- XRC- UP6机器人控制柜、示教编程器和相关的外部设
备以及与计算机进行数据通信的软件Motocom32。其中,机器人本体具有6个自由度,各个关节均为旋转关节,各自由度由交
流伺服电机驱动,其重复定位精度可达0.08 mm。
2.2 机器视觉系统机器视觉系统
机器视觉系统主要设备有M0814-MP镜头、CV-A11摄像机、PC2-Vision图像采集卡以及计算机等。
(1)CV-A11摄像机及镜头
选择的摄像机是丹麦AVI公司生产的CV-A11摄像机。摄像机线扫描频率为37.5 kHz,其CCD总像素为659 ×494,摄像机
信噪比大于56 dB,工作电压为12V± 10%,外形尺寸为29mm×44mm×66mm,镜头接口为 C-mount接口。镜头为日本
computar公司的M0814-MP镜头,镜头焦距为f=8 mm,焦点手动控制, 成像适合设计的要求。
(2)图像采集卡
图像采集卡选用加拿大CORECO公司生产的PC2-Vision图像采集卡。该图像采集卡自带8 MB存储器用于图像序列的存
储,通过高速PCI总线可实现直接采集图像到VGA显存或主机系统的内存,兼容RGB、RS-170/CCIR等视频格式,可采集标
准彩色复合视频和RGB分量,能够同时采集6个黑白摄像头、2个RGB摄像头或2个双通道模拟摄像头图像;支持外部事件出
发输入,支持显示分辨率2 048×2 048,具有3个8位40 MHz A/D转换器。
3 系统的软件实现
根据系统的功能要求,本文应用VC++6.0编制了系统实现的软件程序,程序设计采用模块化设计方式。系统在完成硬件检
测、系统初始化等工作后实现机器人路径规划,整个系统可分为摄像机标定、图像获取与图像处理、机器人运行控制等功能模
块。软件实现基本流程如图2所示。
3.1 摄像机的标定摄像机的标定
在系统进行坐标提取前,必须对摄像机进行标定,以建立摄像机与实际空间点的对应关系。在基于机器视觉的机器人路径
规划系统中,存在着3个坐标系:机器人坐标系、平台坐标系和图像坐标系。其中图像坐标系是以图像左上角为原点,以像素
为单位的直角坐标系,x、y轴分别表示该像素在数字图像中的行数与列数。为了在视觉系统中建立统一的坐标,确定图像上某
轮廓点与实际图形点的对应关系,就需要建立图像坐标系与机器人坐标系、平台坐标系与机器人坐标系两者之间坐标转换关
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