基于3D视觉的并联机器人自主装配研究

作     者：朱维东 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张红彦

授予年度：2024年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：3D视觉 并联机器人 装配 轨迹规划 

摘      要：近几年来,随着我国不断推进工业4.0进程,技术密集性产业不断出现,以技术支撑的机器人行业获得了前所未有的发展。机器人技术与人类社会的生产活动联系越来越紧密,不断塑造着人们的工作和生活方式。在航空航天、汽车等制造业领域,大型工件的装配不仅复杂耗时,还需要保证较高的装配精度,这就要求操作人员在进行装配工作时要保持极高的注意力。因此将机器人技术与工件装配进行结合具有重要的实践意义。3D视觉相比较于传统视觉具有精度高的优点,同时3D视觉传感器的引入也避免了常规装配时需要多次人工测量的弊端。因此本文主要研究以Stewart并联机器人为装配载体,结合3D视觉来完成大工件的自主装配技术。 (1)针对大型工件装配的特点,设计了自主装配的整体方案。该方案利用Stewart并联机器人作为装配的平台,结合3D视觉传感器,以划分装配过程的方式来实现大工件的自主装配。分析并且推导了Stewart并联机器人的逆运动学方程和动力学方程,为后面的装配过程中Stewart并联机器人的运动控制提供了理论基础。 (2)针对自主装配过程中的位姿测量环节,提出了3D视觉下Stewart并联机器人装配前后位姿的解算方法。首先根据装配工件的特点,利用3D视觉传感器获取工件的特征来构建工件的坐标系并解算工件的位姿。其次再用3D视觉传感器获取Stewart并联机器人的特征来解算出Stewart并联机器人上平台的初始位姿。最后以3D视觉传感器坐标系为全局坐标系的前提下,结合装配工件位姿与Stewart并联机器人上平台的初始位姿,推导出Stewart并联机器人上平台装配的目标位姿,从而完成Stewart并联机器人装配前后位姿的解算。 (3)针对自主装配过程中的运动执行环节,对Stewart并联机器人上平台进行轨迹规划,并且研究了运动过程中突受外力下的轨迹调整。首先在满足装配过程平稳、计算简单的条件下对Stewart并联机器人的运动轨迹进行设计,并仿真分析了设计的运动轨迹的有效性和合理性。再针对装配过程中可能会受到突然外力的情况,设计了基于阻抗的轨迹调整方法。 (4)最后,搭建了实验平台,设计了相应的软件并完成相关实验。介绍了实验平台的硬件组成,此外对系统中硬件之间的通信也做了简单阐述。利用C++编程语言和图形用户界面应用程序开发框架QT对软件进行搭建,并对软件的各部分功能以及软件界面进行介绍。最后进行了自主装配实验,并对实验结果进行分析和总结。