基于视觉引导的SCARA工业机械手应用研究
Research on Application of SCARA Industrial Robot Based on Vision Guidance
工业机器人在现代化智能制造应用应景非常广泛,机器人视觉引导技术由于其实用价值成为了当前机器视觉技术的研究热点之一.SCARA机械手手眼标定算法是视觉引导技术的关键,本文对手眼标定算法进行了深入研究并进行实验对比分析.而视觉定位精度和定位范围成反比关系,为了提高在大视野范围内的定位精度和速度,本文提出一种双相机融合的目标分步定位方法,并对定位方法中Eye-in-hand和Eye-to-hand安装方式相机的图像处理算法进行研究,其中主要研究的是圆心提取算法.在目前自动化工业应用场景中,视觉引导SCARA型螺丝机是一个相对较新的解决方案.本文将双相机融合的分步定位方法应用在SCARA机械手锁螺丝的应用中,并对定位精度进行实验分析.本文主要的研究内容如下:1.对SCARA机械手手眼标定技术进行研究,首先分析了摄像机成像模型,结合成像模型建立SCARA手臂式机械手Eye-in-hand标定和Eye-to-hand标定的模型,建立约束方程,采用非线性优化算法,优化了机器人坐标系和相机坐标系之间的转化矩阵参数,实现了标定精度的提高;另外分析了SCARA机械手的工具标定方法,将移动相机作为工具,实现双相机对机械手的视觉控制.2.基于SCARA机械手的手眼标定算法,提出双相机融合的目标分步定位方法,提高在大视场范围内对目标定位的精度和速度的提升.第一步使用固定相机进行粗定位,引导机械手到指定Mark点进行拍照,第二步,使用移动相机在小视野对Mark点进行定位,得到Mark点在机器人基坐标系下的坐标,第三步,使用工件的CAD图纸,建立CAD图和机器人基坐标系的转化关系,获取工件中其他定位目标的位置.3.研究视觉定位中圆形标记物圆心提取算法,主要研究内容包括基于灰度的模板匹配算法和圆心定位算法,基于常用的视觉开源库Opencv和Halcon对圆心定位算法进行开发,并实现性能优良的EDCircle算法,将实现的三种圆心定位算法进行对比分析.4.通过实验验证了双相机融合的目标分步定位方法在引导SCARA机械手打螺丝中实用价值,分析了视觉引导的相对误差和绝对误差,其中绝对误差在大视野范围内能够在±0.4mm.自动化产线的使用结果表明双相机融合的目标分步定位方法能够达到SCARA机械手锁螺丝的应用要求.
- 作者：
- 胡荣镇
- 学位授予单位：
- 深圳大学
- 专业名称：
- 光学工程(专业学位)
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2018年
- 导师姓名：
- 田劲东
- 中图分类号：
- TP241
- 关键词：
- 视觉引导；SCARA机械手；手眼标定；双相机融合；圆心定位
- Visual guidance; SCARA robots; Hand-eye calibration; Dual camera fusion; Center positioning;