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1、毕业设计基于视觉的多轴机械臂的运动控制分析学生姓名： 学号： 系 部： 机械工程系 专 业： 机械电子工程 指导教师： 二零一五 年 六 月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 基于视觉的多轴机械臂的运动控制分析 系部： 机械工程系 专业： 机械电子工程 学号： 学生： 指导教师（含职称）： 1课题意义及目标本课题通过研究多轴机械臂底层控制程序的控制策略，基于视觉平台的相关信号对机械臂实现控制。2主要内容完成多轴机械臂控制程序的学习，编写多轴机械臂的控制程序
2、，实现机械臂的特定运动。完成视觉平台与机械臂接口的程序编写及控制，实现视觉平台的图像识别。完成在视觉平台上的图像变换与机械臂运动的匹配，实现机械臂基于视觉平台的自动运行。提交设计说明书一份，控制程序及运动仿真过程视频各一份。3主要参考资料1 姜宏超，刘仕荣，张波涛，等.六自由度模块化机械臂的逆运动学分析J.浙江大学学报，2010，44（7）：1349-1353.2 史国振，贾庆轩，孙汉旭，张延恒，等.视觉伺服空间机器人运动硬件仿真研究J.系统仿真学报，2008，20（13）：3566-3570.3刘金琨，机器人控制系统的设计与MATLAB仿真M.北京：清华大学出版社，2008.6.4进度安排设
3、计各阶段名称起 止 日 期1查阅文献，完成开题报告3月3日3月23日2完成机械臂控制程序的初步建立3月24日4月13日3完成视觉系统与机械臂的协同工作4月14日5月4日4完成分析、数据比较并撰写设计说明书5月5日6月1日5提交及修改设计说明书，答辩6月2日6月22日审核人： 年 月 日基于视觉的多轴机械臂的运动控制分析摘要:机器人技术在工业生产中运用的越来越多，尤其在一些高危及环境恶劣的工业中应用广泛。但由于其技术不够成熟，导致现在许多工业机器人的灵活度差，工作内容单一。视觉机器人相较于一般的机器人，信息获取量、检测精度、检测范围都有大幅度提升，解决了机器人只能实现点到点工作的问题，使机器人具
4、有自主检测和判断的能力。本文以EF-IRC-I机械臂及机器人手臂视觉识别控制系统为基础，实现了对基于视觉的七轴机械臂的运动控制分析。首先对机械臂的运动学进行了分析，求解正、逆运动学方程；并通过视觉软件对目标物进行了标定，用于识别待抓取物体的位置。最终通过目标物体的位置用机械臂控制软件完成了抓取搬运实验。关键词：七自由度机械臂，机器视觉，运动控制，图像处理Motion Control Analysis of Multi-axis Mechanical Arm Based on the Visual Abstract:More and more robotic technologies are u
5、sed in industrial production especially in high-risk industries and some harsh environment. Because of its technology is not complete,many industrial robots can only do some simple works. Compared with general robots ,visual robot does well in gaining the information,improving the accuracy of checki
6、ng,enlarging the range of detection. Visual robot solved the problem that general robot can only work to realize the point-to-point, make robot has the ability of autonomous detection and judgment. The realization of seven axis motion control analysis of mechanical arm is based on the EF - IRC - I r
7、obot arm manipulator and visual identification based control system . First of all, analyses the kinematics of robotic arm, positive and inverse kinematics equation.Then the visual software identify the position of the object.Finally through the location of the target object,mechanical arm completed
8、 the experiment about carrying out and grasping with control software. Keywords: seven degrees of freedom mechanical arm, machine vision, kinematics analysis and image processing .目 录1.前言11.1.选题背景及意义11.2国内外研究现状11.2.1国外研究现状11.2.2 国内研究现状22.工业机器人的组成及运动控制分析42.1机器人的组成42.2 坐标变换102.2.1 坐标正变换公式102.2.2 B绕G的坐
9、标轴多次连续旋转的坐标正变换112.2.3 B绕G的坐标轴旋转的正变换与逆变换的关系112.2.4 刚体运动122.2.5 齐次变换132.2.6 齐次逆变换142.2.7 复合齐次变换142.2.8 D-H参数152.3正运动学分析182.4逆运动学分析202.4.1奇异为姿202.4.2数值迭代方法212.4.3 机械臂末端的奇异位姿233.机器人路径规划273.1机械臂的变量空间273.1.1、关节空间273.1.2 操作空间273.1.3驱动空间273.2关节空间路径规划的基本方法283.2.1三次多项式函数283.2.2点到点的路径规划293.2.3关节空间中的连续路径的路径规划问题
10、313.3操作空间路径规划的基本方法324.目标标定及机械臂抓取354.1图像获取及目标物的识别354.1.1图像获取354.1.2目标物的识别354.1.3目标标定364.1.4目标物标定具体步骤374.2 机械臂抓取404.2.1机械臂抓取动作404.2.2机械臂抓取的具体步骤414.3 本章小结42结论43参考文献44致谢46附录47III太原工业学院毕业设计I1.前言1.1.选题背景及意义随着计算机技术的发展，机器人已悄然进入我们生活的各个方面。可以帮助人类完成高危、繁重、以及人本身无法完成的工作。机器人是典型的机、电、控制一体化的产品，经过50多年的发展，机器人在工业、农业、国防、医
11、疗、社会服务等各领域应用广泛，而且随着科技日新月异，许多功能在机器人上得以实现，比如：触觉、视觉与思维能力1。机器人的研究已经成为一项重要的课题，国内外都在努力研发更高效、先进的机器人以创造更高的经济效益，同时其研究方向也向大众化发展，让一些简单的机器人给人们的生活带来便利，在许多高校中针对机器人的课程以及创新项目也屡见不鲜。机器人在我们的生活中发挥了很大的作用，同时我们也应该看到其不足之处，目前工业生产中用的机器人，大多数只能实现点到点的动作，灵活性较差。而许多工作要求具有高精度同时机器人可以自主检测和判断，所以需要对这类机器人进行研发。视觉机器人主要计算机通过拍摄的图像对需要进行的操作进行
12、自我判断，相较于一般的机器人其灵活性加强了，减少了人工操作，缩短了完成动作的时间，同时通过视觉处理，人们可以做出更准确的判断。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状机器人技术的迅速发展，人们开始期望拥有“思维”能力的机器人，能够在不同的环境中自己做出判断，并执行相应的动作。上世纪六十年代中期，美国学者 L.R.罗伯兹提出视觉机器人2。当时运用的预处理、边缘检测、对象建模、匹配等技术，后来一直在机器视觉的研究中继续使用。视觉机器人产生于二十世纪八十年代。机器视觉可以为机器人传送周围环境的图像信息，使机器人更加准确的进行判断，提高其灵活性并拓宽了其工作范围。目前，美国的机器人技术处于世界领先地
13、位，而日本的机器人生产数量居世界首位3。美国斯坦福研究所（Stanford Research Institute）很早就研制成功了一个做SHAKRY 的机器人4，这是典型的“眼车”系统。该机器人主要用于识别周围的目标物体，通过计算得到最优路径，从而达到识别和跟踪目标物体的目的。SHAKRY 还能在房间中自由穿行，进行一些“智能”操作。 图 1.1 IRB 340 工业机器人 ABB 公司研发了一款 IRB 340 机器人，和一套名叫 FlexPicker 的视觉系统5。这款工业机器人是并联型分拣机器人，只有4个轴，但是却可以每分钟做150 次分拣活动。在 FlexPicker 视觉系统的引导下
14、，利用安装在末端的真空手爪，机器人可以抓取传送带上的移动物体并将物体放到预先设定好的位置。1.2.2 国内研究现状相较于国外的机器人技术而言，我国机器视觉技术发展缓慢。随着我国经济的快速发展，我国生产行业对机器人的需求不断增加，但是我国本土的机器人在性能与功能上都还不够完善，这引起了我国的重视，国家鼓励机器人的开发与研究，同时积极与国外的先进技术接轨，。视觉机器人在发展的过程中展现了其重要性，并带来了巨大的经济效益，成为我国机器人研究的重要方向。东华大学与德国 TreiBoos 公司共同研制了一款鸡蛋拾取机器人6。鸡蛋拾取夹具的制造运用了 3D 增量制造技术，夹具上配备具有力矩控制功能的 SMC 电缸，能够设定拾取力矩，方便机器人在高速拾取的过程中感知和控制夹具的力矩。该机器人是在视觉系统的引导下完成的，视觉系统对鸡蛋进行识别定位，实现自动拾取和放置。图 1.3 电缸力矩控制鸡蛋拾取机器人2.工业机器人的组成及运动控制分析2.1机器人的组成工业机器人应用
