[發明專利]一種SR09機器視覺系統設計方法

在審

• 申請號: 201610914352.7
• 申請日: 2016-10-20
• 公開（公告）號: CN107962561A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 樸松昊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工大天才智能科技有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種SR09機器視覺系統設計方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

第一步，基于UML的機器人概念設計，

a.基于信息系統的建模理論及面向對象的軟件工程方法建立了基于UML的用例驅動的現代機械系統設計過程模型；

b.總結分析了基于UML的用例驅動方法進行機電系統概念設計的步驟及目標，并應用于沖裁上料機器人SR09的概念設計；

c.設計過程證明了基于UML的面向對象技術用于機器人的概念設計，設計的流程及數據能夠保持高度的一致性與連慣性；初步運動學動力學的仿真結果表明設計的結果能滿足SR09機器人沖裁上料的位姿要求；

第二步，機器人運動學及動力學分析，

a.以串聯關節式機器人為基礎，將構成操作臂的桿件看作剛體，建立了SR09的坐標系統，研究了SR09視覺系統各坐標系之間的關系，推導了SR09操作臂的運動學與動力學方程，進行了運動學仿真；

b.提出了一個基于Maple的動力學符號算法，給出了運動學方程的封閉正反解；

c.為了解SR09的動力學特性，為下一步的控制設計打基礎，設定了一組恒驅動力矩進行了動力學仿真，來觀察系統的響應；

第三步，SR09機器人的運動規劃，

a.介紹機器人運動軌跡規劃方法，研究了沖壓機器人的軌跡規劃問題；

b.為驗證SR09對沖壓軌跡的適應性，專門針對SR09典型工作軌跡在ADANTS中進行了綜合仿真，對應端拾器軌跡轉折點的各關節角位移曲線進行了無軌跡圓滑過渡和有軌跡圓滑過渡兩種方式的對比研究；

c.仿真結果表明，由于采取了合理的軌跡圓滑過渡，連桿的角速度及角加速度峰值明顯降低；關節角2與關節角3的角速度在圓滑前峰值接近200度/秒，圓滑后的角速度降為20度/秒，是原先的10%；圓滑前的角加速度峰值接近7000度/秒2圓滑后，角加速度峰值降為8度/秒2，是先前的0.11%；從仿真的結果還可看出，運行的軌跡保持了規劃軌跡圖線，符合工程要求；

d.對SR09的有效工作區域進行了分析，提出了基于坐標變換的最佳工作位置的優化算法，并對一個直線軌跡的最佳作業點進行了求解；該算法以關節轉角絕對值最大值之和取最小為優化目標，以SR09基座位置為設計變量，以SR09的有效作業空間為約束條件，采用離線窮舉搜索技術，具有簡單實用、全局收斂的特性；如果對結構參數作適當調整，該算法可擴展移植到其他結構的機器人，具有較好的應用前景；

第四步，SR09機器人視覺系統及物料識別，

a.針對SR09的視覺系統對攝像機模型、攝像機標定、BP神經網絡及其工件識別問題進行了研究；

b.通過分析研究，設計了一個用于工件識別的BP網絡及其相應的識別算法，該算法通過圖像輸入、降噪濾波、二值化操作、規一化操作及邊緣探測等步驟可對圓形，三角形和矩形三種類型的工件進行識別；

c.使用神經網絡進行工件識別的優越性在于當識別的種類增加時只要增加神經網絡相應的樣本數進行訓練即可，無須更改程序，較好地解決了SR09機器視覺系統中目標識別的技術問題；

第五步，機器人視覺伺服與模糊控制，

a.分析SR09的視覺伺服工件定位，根據立體視覺系統模型，分析研究了單目與雙目配置下的圖像雅可比矩陣，給出了在多個特征點情況下，雅可比矩陣的組合原則；

b.采用基于圖像的PD控制策略，對一單目及雙目配置下SR09的視覺伺服系統進行了仿真實驗；

c.設計了一個具有分段控制效果的模糊PID控制器集成于視覺伺服系統中，就SR09對直線與圓弧追蹤進行了控制仿真，結果證明性能較好工作穩定，可作為SR09的控制選擇方案；

第六步，機器人視覺與力覺傳感器信息融合與控制，借助MATLAB的SIMULINK仿真平臺，建立了SR09控制系統的仿真實驗系統，對SR09進行了無力傳感器情況下的力/位混合控制策略的仿真實驗，驗證了所提方法的有效性，實現了在機械手端拾器運動軌跡控制的同時，保持端拾器與環境之間的接觸力在受控范圍內變化。

2.根據權利要求1所述的SR09機器視覺系統設計方法，其特征在于，所述第四步中的三角形和矩形三種類型的工件進行識別，其識別率分別達到99.94%、89.74%及99.86%。