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1、基于机器人的视觉分拣控制系统摘要：工件分拣是工业生产环节中不可缺少的部分。目的是将不同类型的物料或工件分类摆放到相应的位置。本文引人视觉系统对工件进行位置和类型的判断是必要的。与传统的机械分拣作业相比，使用基于机器视觉的工业机器人进行分拣，不但高效准确而且稳定持久,具有较大的优势。本课题研究的是基于机器视觉的机器人分拣系统，并针对整个控制系统方案的设计、机器人数学建模、运动学分析、对工业摄像机的标定、图像处理、运动目标的跟踪以及机器人分拣策略等关键技术展开深入研究分析。首先整个分拣系统进行总体方案设计。其中包括视觉控制方案，运动控制方案以及所需硬件设备选型工作；然后对机器人进行数学建模和运动学
2、分析；最后针对机器视觉系统进行详细理论研究与设计，同时对视觉系统的标定、目标识别定位、坐标系间转换、重复目标的剔除以及动态追踪等关键技术进行详细分析。关键词：分拣、设计、分析、视觉Robot-based Visual sorting Control systemAbstract: Workpiece sorting is an indispensable part of industrial production. The goal is to categorize different types of items or artifacts into the appropriate locat
3、ions. This paper makes it necessary for the visual system to judge the position and type of the workpiece. Compared with the traditional mechanical sorting operation, the use of industrial robot based on machine vision for sorting, not only efficient and accurate and stable and lasting, has a greate
4、r advantage. This research is based on machine vision robot sorting system, and for the whole control system design, Robot mathematical modeling, kinematics analysis, industrial camera calibration, image processing, moving target tracking and robot sorting strategy and other key technologies to carr
5、y out in-depth research and analysis. First of all, the whole sorting system for the overall design. These include the visual control scheme, the motion control scheme and the required hardware equipment selection work, then the robot Mathematical modeling and kinematics analysis, and finally the ma
6、chine vision system for detailed theoretical research and design, at the same time, the visual system calibration, target recognition and positioning, conversion between coordinate systems,The key technologies such as elimination of repetitive targets and dynamic tracking are analyzed in detail.Key
7、words: Sorting, design, analysis, vision第1章 绪论31.1课题来源31.2 课题研究的目的和意义31.3 国内外研究现状41.3.1国内研究现状41.3.2 国外研究现状51.3.3 国内外市场现状对比5第二章 工件机器人分拣系统62.1 工件机器人分拣系统的构成62.2 视觉引导技术的介绍7第三章 系统硬件的选择及系统硬件电路73.1 系统硬件的选择73.1.1工业相机的选择73.1.2光源的选择83.1.3 分拣机器人的选择93.1.4 车轮驱动方式的选择103.1.5 机器人抓取物块方案的选择103.1.6 颜色识别方案的选择113.1.7 机器
8、人总结结构设计113.2 系统硬件电路123.2.1 电机驱动的模块123.2.2稳定电压电路的模块13第四章 机器人分拣控制系统的实现144.1 机器人分拣系统的流程144.2 机器人运行范围14机器人分拣控制系统的实现15第五章 机器视觉的工作分拣技术的未来发展趋势165.1 关于工业机器人的热点关注165.2机器视觉的工作分拣技术的未来发展趋势16总结18致谢18参考文献.19第1章 绪论1.1课题来源工件分拣技术是工业生产环节重要的一个步骤,其目的是将不同类型的物料或工件分类摆放到相对应的位置,工业分拣大多数的步骤主要分为定位、识别、抓取和放置这四个步骤。由于工人操作存在视觉疲劳的情况
9、，不能够长时间高强度的工作去分拣。且各工作还是流水线，后来就生产出了工业机器人。多年前的机器人一般采用示教或离线编程的方式工作。当一个机器人达到该目标点的位置后，机器人的每个动作都将会重复进行该操作。有因为加工对象与工作环境对外界的感知能力较低，是的机器人系统在设计时还必须考虑到分拣环境是否适合。方便机器人的工作得到有效运行。随着机器人越来越多的应用到实际生产中,这就对机器人提出了更高的要求。目前使用的机器人主要是程序化的机器人,为了完成某项工作必须先要编写特定的程序,机器人执行编写好的程序来完成特定的任务,这种方法编写程序很复杂、费时,而且针对不同的工作环境要编写不同的程序,这极大地阻碍了机
10、器人应用的发展,于是提出了智能化机器人,其中采用基于机器视觉的机器人是工业机器人向智能化发展的一个方向。在工业生产中引入机器视觉可以大大提高生产效率,降低成本。机器视觉具有检测速度快、可靠性好、实时性高等特点川,可以实现无接触、无损检测。一个典型的机器视觉包括光源、图像采集系统即相机、图像处理模块、判断分析决策模块即分类、机械执行模块等。1.2 课题研究的目的和意义机器视觉技术的相关研究在中国起步较晚，其专利和成果都不如国外的品牌好，还不够成熟。国外品牌的制造成本较高，且有一定的局限性，所以我国认识到这一商机，我国便研发一种机器视觉工作自动分拣技术来应对这一窘境。然而该机器视觉技术是指用摄像机
11、和计算机来模拟人类的视觉功能，广泛应用在电子电器、航天、汽车零部件和制药等领域。在整个工业生产的流程中，工作分拣占重要地位，工业分拣的快慢也会直接影响整个分拣过程的运行。所以我们需要先测试工业分拣的各个步骤，找出缺点并加以改正，以此来改善整个工业分拣的技术，对工业方面具有重要的指导意义。据统计，某一年我们中国国内连续增加了200多个加工业机器人制造厂商。且业界内对工业机器人的市场发展前景很是看好，都觉得未来几年内将会迎来工业机器人生产的“高潮”。工业机器人在设计的过程中包涵相当多的工序，且复杂难懂。仅仅是机器人的核心部分就包括四大类：减速器、控制器、机械系统、伺福气。1.3 国内外研究现状 1
12、.3.1国内研究现状我们中国是生产制造大国，因为近年来制造智能手机和汽车制造商的市场现状需求，使得近几年工业机器人市场增长率持续上升。我国的工业机器人主体是基于PC 的X86的工业控制机为主。我国在科技进步，劳动力不足、人口老龄化加快以及经济水平快速增长的背景下，机器人的相关市场在迅速的发展中。根据新思界产业研究中心发布的“十三五”期间机器人行业发展环境预测及投资策略分析研究报告，我们可以看出，2017年，中国机器人行业整体销量为13.8万台，同比增长58.0%；市场规模超过1200亿元，同比增长25.4%，增速保持第一。机器人主要包括工业机器人、服务机器人、特种机器人三大类，2017年，三种
13、机器人市场份额占比分别为61.0%、28.0%和11.0%，工业机器人占据大部分市场份额，不过，随着消费观念逐渐普及，服务机器人市场份额将持续攀升。数据显示，2018那一年，全球的机器人产业市场规模超过279.8亿美元。根据国际数据公司(IDC)全球半年度机器人和无人机支出指南的新预测，全球机器人系统和无人机的支出将在2019年达到1157亿美元，比2018年增长17.6%。我国从机器人系统发展至今，随着机器人市场的扩建，2019年将拥有更大的无人机和机器人系统市场，总支出将为385亿美元，实现快支出增长，机器人系统和无人机的五年复合年增长率将分别为24.6%和63.5%。 从机器人市场发展到
14、现在，机器人技术在不断增强，机器人市场在进入快速地增长阶段，特种机器人也出现在我们的工业分拣中，较之前的工业分拣机器人的技术更成熟，性能更好，随之而来的新生市场也在慢慢崛起。1.3.2 国外研究现状根据中国安放展览网市场分析的数据显示，2018那一年，全球的机器人产业市场规模超过279.8亿美元。同比增长20.6%，值得注意的是2013-2017年，全球机器人市场规模持续增长，年均复合增长率为17.9%。在市场构成方面，2018上半年全球工业机器人市场规模为156.69亿美元，占整体机器人市场规模的56.0%，服务机器人市场规模为86.74亿美元，收入占比为31.1%；特种机器人市场规模为36
15、.37亿美元，市场收入占比为13.0% 在全球各地区工业机器人销量情况中，2017年亚洲工业机器人总销量达到24.2万台，工业机器人销量实现爆发式增长，预计2020年销量将有望突破35万台；2017年欧洲工业机器人销量为6.4万台，与2016年的5.9万台增长8.9%；美洲地区工业机器人销量为5.0万台，同比增长17.1%。1.3.3 国内外市场现状对比我国的工业机器人自主技术发展更迅速，但是与国外的发展大有出入。我国工业机器人技术日渐成熟，其核心技术有减速器、伺服电机、机器人控制器等核心零部件。如今已经在慢慢的向未来汽车制造与食品加工结合，也会带动我国的下游制造领域的自动化技术的需求，实现品质的提升。然而德国是工业发展大国，其发展技术在未来将有无穷的潜力。我国在使用伺服电机时，常常会购买国外品牌的电机，主要是日本和欧洲国家较多。日本品牌的电机较其他国外品牌更具有良好的性能，其价格也很公道，这就是我国经常购买日本电服的原因。欧洲品牌如西门子、施耐德等品牌的产品大多在高端市场流通，占我国市场的三分之一。造成上述差距的主要原因有两方面：一是工业机器人减速器产品对轴承以及齿轮的精度要求极高，目前我国数控机床技术还处在追赶期，我国与德日等精密制造强国相比在制造工艺与基础材料方面均存在显著差距，目前尚难完全满足工业机器人减速器产品的
