嵌入式图像处理平台在机器人快速堆叠系统中的应用研究

作     者：高金鹏 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵跃

授予年度：2021年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 080203[工学-机械设计及理论] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：HIWIN机器人 视觉引导 目标识别 定位抓取 

摘      要：回转式空气预热器是大型火电机组的核心设备之一,本文针对回转式空气预热器的蓄热元件自动组装生产问题,设计了 一种整合机器视觉检测和机器人堆叠装框的全自动生产系统,提高了生产过程的自动化水平,显著降低了现场操作人员的劳动强度,应用了灵活的图像检测算法,可以适配不同规格尺寸的蓄热板。本文的主要研究工作包括:1、针对蓄热元件生产线的现场环境,本文提出一套基于机器视觉的动态抓取堆叠方案,对单目采集系统、图像处理平台、HIWIN机器人抓取系统以及桁架机器人装框系统进行选型,实现了硬件平台的搭建。2、针对不同尺寸蓄热板位置信息和姿态信息的检测问题,本文研究了改进的霍夫变换检测算法和最小外接矩形检测算法两种算法,基于类矩形的形状特征实现了蓄热板的识别与检测。本文通过设计图形界面实现了良好的人机交互功能,达到了灵活检测不同尺寸蓄热板的目的,为后续的机器人抓取打下基础。3、针对视觉引导的HIWIN机器人系统中不同坐标系的转换问题,本文研究了相机坐标系、传送带坐标系和机器人工具坐标系的标定方案,通过系统建模实现了整体抓取系统坐标系之间的位姿解算,达到了视觉系统和HIWIN机器人系统协同配合的目的。4、针对蓄热板的动态抓取问题,本文提出结合外触发器和编码器实时反馈的解决方案。机器人控制器利用编码器反馈的脉冲数统计传送带前进长度,计算拍照时刻与抓取时刻的位置变化量实现蓄热板动态定位,并通过修正梯形加速度曲线进行轨迹规划,实现了蓄热板的动态抓取。经过性能测试,绝对误差和相对误差为Ew=0.13cm,Ec= 0.24%,达到了位置及速度的精度要求,满足了实时性要求。