[發(fā)明專利]一種SR09機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201610914352.7
• 申請日: 2016-10-20
• 公開（公告）號: CN107962561A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樸松昊
• 申請（專利權(quán)）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(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)器人概念設(shè)計(jì)，

a.基于信息系統(tǒng)的建模理論及面向?qū)ο蟮能浖こ谭椒ń⒘嘶赨ML的用例驅(qū)動(dòng)的現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程模型；

b.總結(jié)分析了基于UML的用例驅(qū)動(dòng)方法進(jìn)行機(jī)電系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)的步驟及目標(biāo)，并應(yīng)用于沖裁上料機(jī)器人SR09的概念設(shè)計(jì)；

c.設(shè)計(jì)過程證明了基于UML的面向?qū)ο蠹夹g(shù)用于機(jī)器人的概念設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的流程及數(shù)據(jù)能夠保持高度的一致性與連慣性；初步運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)的仿真結(jié)果表明設(shè)計(jì)的結(jié)果能滿足SR09機(jī)器人沖裁上料的位姿要求；

第二步，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析，

a.以串聯(lián)關(guān)節(jié)式機(jī)器人為基礎(chǔ)，將構(gòu)成操作臂的桿件看作剛體，建立了SR09的坐標(biāo)系統(tǒng)，研究了SR09視覺系統(tǒng)各坐標(biāo)系之間的關(guān)系，推導(dǎo)了SR09操作臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)方程，進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真；

b.提出了一個(gè)基于Maple的動(dòng)力學(xué)符號算法，給出了運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的封閉正反解；

c.為了解SR09的動(dòng)力學(xué)特性，為下一步的控制設(shè)計(jì)打基礎(chǔ)，設(shè)定了一組恒驅(qū)動(dòng)力矩進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真，來觀察系統(tǒng)的響應(yīng)；

第三步，SR09機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，

a.介紹機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃方法，研究了沖壓機(jī)器人的軌跡規(guī)劃問題；

b.為驗(yàn)證SR09對沖壓軌跡的適應(yīng)性，專門針對SR09典型工作軌跡在ADANTS中進(jìn)行了綜合仿真，對應(yīng)端拾器軌跡轉(zhuǎn)折點(diǎn)的各關(guān)節(jié)角位移曲線進(jìn)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(jié)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(guān)節(jié)角2與關(guān)節(jié)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(jié)果還可看出，運(yùn)行的軌跡保持了規(guī)劃軌跡圖線，符合工程要求；

d.對SR09的有效工作區(qū)域進(jìn)行了分析，提出了基于坐標(biāo)變換的最佳工作位置的優(yōu)化算法，并對一個(gè)直線軌跡的最佳作業(yè)點(diǎn)進(jìn)行了求解；該算法以關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角絕對值最大值之和取最小為優(yōu)化目標(biāo)，以SR09基座位置為設(shè)計(jì)變量，以SR09的有效作業(yè)空間為約束條件，采用離線窮舉搜索技術(shù)，具有簡單實(shí)用、全局收斂的特性；如果對結(jié)構(gòu)參數(shù)作適當(dāng)調(diào)整，該算法可擴(kuò)展移植到其他結(jié)構(gòu)的機(jī)器人，具有較好的應(yīng)用前景；

第四步，SR09機(jī)器人視覺系統(tǒng)及物料識別，

a.針對SR09的視覺系統(tǒng)對攝像機(jī)模型、攝像機(jī)標(biāo)定、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其工件識別問題進(jìn)行了研究；

b.通過分析研究，設(shè)計(jì)了一個(gè)用于工件識別的BP網(wǎng)絡(luò)及其相應(yīng)的識別算法，該算法通過圖像輸入、降噪濾波、二值化操作、規(guī)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(jìn)行識別；

c.使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行工件識別的優(yōu)越性在于當(dāng)識別的種類增加時(shí)只要增加神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)的樣本數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練即可，無須更改程序，較好地解決了SR09機(jī)器視覺系統(tǒng)中目標(biāo)識別的技術(shù)問題；

第五步，機(jī)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(jù)立體視覺系統(tǒng)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(gè)特征點(diǎn)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(tǒng)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)；

c.設(shè)計(jì)了一個(gè)具有分段控制效果的模糊PID控制器集成于視覺伺服系統(tǒng)中，就SR09對直線與圓弧追蹤進(jìn)行了控制仿真，結(jié)果證明性能較好工作穩(wěn)定，可作為SR09的控制選擇方案；

第六步，機(jī)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(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對SR09進(jìn)行了無力傳感器情況下的力/位混合控制策略的仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了所提方法的有效性，實(shí)現(xiàn)了在機(jī)械手端拾器運(yùn)動(dòng)軌跡控制的同時(shí)，保持端拾器與環(huán)境之間的接觸力在受控范圍內(nèi)變化。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SR09機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jìn)行識別，其識別率分別達(dá)到99.94%、89.74%及99.86%。