机器视觉主导的机械臂动态抓取策略研究

针对传统工业机器人在移动目标的抓取中存在灵活性和位姿适应能力差的问题,以开源机器人操作系统（ROS）为平台进行基于视觉反馈的动态抓取策略研究。在ROS中搭建UR5机械臂动态抓取系统,并对机械臂进行正逆运动学分析;提出基于RGB颜色空间和SITF算法结合的新型特征识别方法以提高识别效率;设计注视逼近的视觉反馈控制策略,实现机械臂对传送带上移动目标的抓取操作。结果表明：所提策略识别成功率达到99.6%,逼近抓取成功率达到98.33%,验证了机器视觉主导的反馈抓取算法基本满足工程实际应用,有较高的可行性和准确性。     

基于有限状态机的煤矿辅助运输转载自动化控制研究

为实现辅助运输过程中转载容器装载和转载工作的少人化、智能化,提出一种采用煤矿辅助运输转载机器人实现容器自动化转载的控制方案。概述煤矿辅助运输转载机器人组成及工作原理,分析机器人转载过程,确定了辅助运输转载自动化需要对单轨吊车、转载机械臂、平板车、锁具的工作时序进行控制,在MATLAB中建立系统状态机,将单轨吊车、转载机械臂、平板车、锁具作为子系统,系统状态机根据用户指令结合当前各子系统的状态,协同控制各个子系统的工作时间和顺序,保证了煤矿辅助运输转载的安全进行;最后在ROS中建立辅助运输转载仿真环境,通过系统状态机控制机械臂进行多次抓取实验,实验结果表明转载容器在20次不同位置抓取实验中,抓取成功率均在80%以上。     

基于视觉的工业机器人装配演示示教研究

针对工业机器人编程效率低下、智能化程度不高和人机交互性能弱等问题，提出一种基于视觉的工业机器人装配演示示教系统，该系统包括目标检测与中心点定位模块、装配动作分类识别模块和机器人动作执行模块。在目标检测与中心点定位模块中,提出一种目标物体中心点定位和机器人抓取方法，使用实例分割算法识别物体类别，通过掩码均值化处理和坐标转换计算物体3D姿态信息；在装配动作分类识别模块中，建立基于深度学习网络的动作分类识别模型，该模型的输入为装配动作视频帧，输出为动作分类标签；最后，机器人动作执行模块根据物体类别、物体3D姿态和动作分类标签等信息规划机器人装配动作，控制机器人执行装配任务。以轴孔装配为例，验证了上述方法的有效性，实现了基于视觉演示的机器人装配模仿编程，对机器人演示示教研究具有一定的参考价值。     

工业机器人上下料技术及数控车床加工技术组合应用研究

为提高数控加工的切削效率和加工精度,对工业机器人上下料技术及数控机床加工技术组合应用进行研究.分析了GSK机器人及980T数控系统车床的特点.针对加工实例,设计机器人自动上下料机构,机器人与数控车床通讯单元,规划机器人上、下料运行轨迹.该研究结果能使机器人与数控车床配合,实现零件加工过程中上下料的自动化和无人化.是一种小型柔性制造单元在数控加工中的具体应用.     

机器人操作臂离线编程仿真系统

简述了离线编程仿真系统相对传统示教编程的优势,提出了基于OpenGL与QT的机器人操作臂离线编程仿真系统,建立机器人操作臂及工件的三维模型并实现了机械臂的运动学动态仿真。设计开发了离线编程仿真系统各功能模块,包括机器人语言编程模块(编程语言及其翻译器)、运动规划模块、机器人运动仿真模块、模型管理及辅助模块等。最后给出了仿真系统对机器人搬运工件的应用实例。     

RV减速器装配机器人系统设计

在分析了RV减速器配件支撑盘和针齿壳的装配要求后,设计了由AGV和机械臂组成的移动装配机器人系统来代替人工实现工件的装配,以提高RV减速器工件的装配速度与精度,减少人为因素影响。提出了二次目标定位的机械臂定位控制策略,弥补了AGV的定位误差,提高了机器人的识别精度,减小了系统整体运行时间。利用HALCON软件实现对装配对象的识别与定位,加入了去除物体阴影的自适应阈值算法,提高了目标的识别速度和精度。大量实验测试表明,所设计的机器人能够完成RV减速器支撑盘和针齿壳的定位抓取和装配工作,最大定位误差为0.906mm,平均定位误差为0.4325mm,平均识别时间为0.695s。在现有软硬件条件下,该系统能够替代人工完成1mm内的间隙配合装配工作。     

基于数控机床(CNC)半自动线的工业机器人设计

将工业机器人上下料技术与CNC加工中心相结合,通过自动化改造,设计了一种新的机器人。该机器人实现了模块化自动上下料柔性制造单元,达到集成化、高精度、高效率的效果,并且大大节省了人工成本。     

引水压力钢管现场组焊主从式爬壁机器人设计

为改善作业环境、提升焊接效率,设计研制了一种主从式爬壁焊接机器人系统。主机器人搭载焊枪并跟踪焊缝运动;从机器人负载送丝机等焊接相关设备并承载线缆拖曳力,跟随主机器人运动;主机器人与从机器人合作完成现场组焊作业。主机器人负载相对较低,运动灵活,可快速到达预焊位置并调节焊枪位置;从机器人负载能力较强,吸附稳定。主机器人与从机器人均采用永磁间隙吸附及轮式运动机构。为保证机器人全位置全姿态的焊接作业,通过静力学与动力学分析优化了吸附机构设计。焊接机构采用深度相机视觉跟踪模块,对焊缝坡口的识别精度可达1 mm。在此基础上,设计开发了基于ROS的控制系统,并试制了一套机器人样机,综合试验结果表明,机器人样机的运动性能和坡口识别跟踪精度满足工程应用需求。     

枕簧智能组装机器人系统方案设计与分析

目前，铁路货车转向架检修过程中的枕簧组装均采用人工作业模式，存在作业强度大、操作空间狭窄、有安全隐患和效率低等问题，迫切需要自动化和智能化组装设备。基于转向架枕簧的组装工况分析，研发一种智能组装机器人系统，代替人工实现枕簧的自动组装。机器人系统包括顶升装置、中转机器人、中转平台、组装机器人和斜楔支撑机器人等5个模块，通过模块的交互与协同控制完成枕簧的自动组装。介绍了机器人系统的总体方案和各模块方案设计。利用ADAMS软件对六轴机器人进行轨迹仿真分析，得到机器人系统工作的最优轨迹。     

基于FANUC机器人内置视觉识别软件应用研究

针对现场工程人员使用基于PC平台或嵌入式模块等机器视觉系统开发机器人视觉程序比较困难的状况,对机器人与内置视觉识别软件之间联系进行研究。以FANUC机器人集成内置视觉识别功能软件为研究对象,介绍工业相机与机器人物理连接;分析相机标定原理和标定过程;以2D形状和条形码工件为例,详细介绍了视觉识别程序处理过程和机器人视觉程序关键指令以及搬运程序流程。把多个模型混合放置,内置视觉系统都能准确识别,机器人都能精准分拣和搬运。机器人集成内置机器视觉系统硬件连接简单,识别工具丰富,使用方便,机器人程序与视觉数据交互便捷,拓展了机器人工艺应用范围。机器人集成内置视觉识别功能是自动化领域和机器视觉系统发展趋势。     

基于ABB机器人的柔性分拣系统设计

在瓶体人工分拣成本高、传统机械结构无法满足多瓶体柔性分拣的背景下,采用工业机器人替换传统机构,设计基于ABB机器人的柔性分拣系统,以实现圆柱瓶子表面检测工作站适用于多尺寸类型的柔性生产。通过分析圆柱瓶子尺寸变化与分拣作业位置的公式,以两台ABB工业机器人作为执行机构,采用平移功能实现上料、检测、分拣等动作的柔性调整。以伺服夹爪作为末端执行器实现对不同瓶口直径的夹取。以三菱PLC作为控制中心,触摸屏作为人机交互界面,通过流程设计与程序界面设计,实现系统中各设备的协同控制及各项功能的界面监控。调试结果表明：在基准瓶子示教的基础上,系统可实现适用范围内不同尺寸瓶子的自动分拣作业,且触屏操作便捷,满足柔性生产需求。     

基于机器人的偏心轴磨床加工系统改造研究

针对目前偏心轴加工过程中存在的夹具调整复杂、加工效率低下等问题进行研究,提出了利用三菱机器人对偏心轴数控磨床加工系统进行改造的方法。采用康奈斯3D视觉系统代替传统的装夹方式,设计出针对性的机器人控制程序,解决偏心轴数控磨床自动上下料、偏心距自动调整、机器人与数控磨床通讯等难题,实现偏心轴加工过程的全自动化柔性控制,极大地提高了偏心轴零件的加工精度与加工效率。     

高强钢薄钢板焊缝高精度视觉跟踪控制

针对薄钢板焊缝焊接机器人,提出一类高精度、柔性的视觉跟踪控制方法,以实现窄焊缝的在线实时感知和视觉控制。提出了一种抗干扰能力强的焊缝图像处理方案,实现窄焊缝特征的可靠提取和通信传输。提出了一种基于图像的闭环视觉控制方法,开发了视觉控制器及其执行系统,实现了焊接机器人焊缝轨迹的实时高精度跟踪。实验结果表明,该视觉控制方法对弧光、烟雾、飞溅和外界照明变化具有很强的鲁棒性,可以精确地识别出焊缝特征坐标,快速地实现焊枪对焊缝的跟踪,达到了期望的控制精度和焊接质量,结果令人满意。     

基于视觉的工业机器人离线编程系统的设计

针对传统离线编程系统通用性差、可靠性低和二次开发难度大等问题,开发一套基于机器视觉的工业机器人离线编程系统。基于模块化思想,将该系统划分为机器视觉模块、虚拟环境模块、运动学模块、轨迹规划模块、离线程序模块和外部通信模块。借助机器视觉模块解构视觉系统与机器人末端位姿的坐标映射关系,得到规划机器人运动所需的位姿数据;基于虚拟现实建模语言构建机器人虚拟仿真环境,基于运动学模块与轨迹规划模块将位姿数据转化为机器人的作业〖JP2〗指令;基于离线程序模块与外部通信模块实现控制器指令与虚拟仿真环境的无缝衔接。最后,以一种六轴工业机器人为测试对象验证了该离线编程系统的基本功能。实验结果表明:该系统定位误差最大为0.4 mm,精度高,可满足工业应用需求。     

弧焊机器人离线编程系统

针对SK6弧焊机器人设计研究了弧焊机器人离线编程系统（A WOPS）,该系统由几何特征提取及建模模块、焊接姿态规划模块、焊接参数规划模块、机器人程序自动生成模块、机器人仿真及通讯模块等6个模块组成。系统人机界面友好,并引入了智能化专家知识,系统自动化程度较高,本文对日文较件MRCWORD进行了探索性二次开发,实现了弧焊机器人离线仿真及焊枪与工件构建和计算机与机器人通讯的功能。对典型的焊缝（马鞍型）进行了实焊验证。结果表明,该系统是可行的,编程的效率显著提高,焊缝内外在质量优良。     

上下料机器人视觉测量系统关键技术的研究

根据上下料机器人对于视觉系统的要求,对双目视觉测量系统的数学模型进行分析,进而分析了双目测量系统的精度,根据该模型,通过实验进一步验证和分析两相机的角度和基线距,以控制测量的上下偏差值,来保证图像采集精度,为上下料机器人抓取提供准确的坐标数据。     

通用机器人离线编程仿真平台设计

针对国内机器人离线编程仿真平台支持语言范围小，机器人控制功能不完善等问题设计出一套可以支持多种机器人编程语言与机器人结构的通用机器人离线编程仿真平台架构。基于模块化的思想，将该系统划分为两大主要模块，分别是用于解析机器人语言代码的语言解析模块与用于控制与模拟机器人运动的机器人仿真模块。基于语言解析模块识别机器人编程语言代码，并将机器人的程序语言代码解析为用于控制机器人运动的指令数据。基于机器人仿真模块实现机器人正向控制、逆向控制、轨迹规划与三维图形绘制。最后利用Qt为平台开发基础框架，实现代码的编辑，嵌入Bullet物理引擎构造机器人的相关参数，嵌入OpenScenceGraph三维图形引擎将物理场景中的信息以图形的方式绘制在Qt提供的显示界面上，并以一段Rapid语言代码与一种通用的六轴机器人为实验对象验证了平台的基本功能。实验结果表明，该平台能够准确的将语言代码转换为指令数据，并能控制机器人进行相应的轨迹运动，满足机器人离线编程需求。     

基于SoftPLC和现场总线技术的点焊机器人柔性工作站系统集成

工业机器人作为自动化焊装线最主要的柔性设备,目前在汽车行业开始广泛应用。以KUKA机器人为例,设计和构建基于SoftPLC和现场总线的机器人工作站系统集成。整个系统以SoftPLC作为主控制器,用PROFIBUS-DP总线构建通讯网络,采用面向对象的编程思路,实现机器人柔性制造单元的通信与控制,提高系统的自动化程度,提升控制系统本身的柔性和可扩展性。     

振动基柔顺驱动打磨机器人的力/位混合控制研究

针对柔顺打磨机器人在移动作业过程中,在基础振动、柔性振动与环境接触力耦合作用下非线性控制问题,提出一种新型鲁棒轨迹跟踪力/位混合控制策略。使用第二类拉格朗日法建立柔顺机械臂的动力学方程,通过奇异摄动法将上述系统分为快、慢2个时间尺度的子系统。慢变子系统对系统刚性部分采用力/位混合控制方法,其中力控制采用PID控制,位置控制采用基于神经网络的鲁棒控制。快变子系统对系统柔性部分采用速度差反馈法进行控制。结果表明：利用所提出的控制策略,机械臂末端的轨迹跟踪效果较好且打磨力保持稳定,对非线性振动有较好的抑制效果。     

基于NX MCD的工业机器人视觉分拣数字孪生系统设计

针对制造业中多类型、多颜色工件人工重复分拣出错率高的问题，设计一个基于工业视觉的工业机器人自动分拣物理控制系统和数字孪生系统。提出融合工业视觉、工业机器人、PLC等设备的以太网通信控制方案；基于视觉检测原理，应用视觉检测工具，结合PLC程序能够正确识别工件信息；基于NX MCD软件构建了工业机器人、输送带、工件等数字孪生系统；最后，对工业机器人和PLC进行联合编程，实现视觉分拣虚实系统同步作业。实验结果证明：该系统工件识别正确率高，工件分拣效率高，数字孪生系统能够实现虚实同步，为系统的动态监控、维护管理与虚拟调试提供了便利。