基于ROS的工业机器人及AGV的视觉协同控制系统

当前自动化上下料的机器人之间仍各自独立运行，上下料位置固定缺乏柔性，智能化程度低。针对以上问题设计了基于ROS的工业机器人及AGV的视觉协同控制系统，用以实现智能化、柔性化的上下料工作。在ROS系统上，基于全局视觉与改进ArUco tag识别技术，开发了机械臂和AGV的识别与控制模块，实现了两种机器人在全局视觉下的识别与路径规划；并基于动态指令技术和ROS主从机通讯技术，实现了所开发ROS系统与机械臂和AGV的可靠通讯；最后，考虑不同机器人的协作规则和目标位姿计算方法，结合上述机器人识别与控制模块，提出了一种机械臂与AGV的视觉协同控制方法。实验测试表明，该系统能够实现多机器人的识别、控制与协同，工件托盘能够通过AGV按照要求实现任意指定位置的上下料接驳，具有良好的稳定性与柔性。     

面向自动化精密装配的视觉定位引导系统

针对总装生产线精密装配现状,项目设计开发了一种机器视觉定位引导系统,主要实现工业机器人在运动过程中完成在线采集不规则工件图像、视觉定位、角度补偿及精密装配作业。该系统首先采集实时工件图像,利用改进优化的九点标定算法对机器人进行视觉标定可以提高算法的精度;通过预处理操作获取质量较好的图像,按顺序创建卡尺工具,采用加权最小二乘法拟合工件亚像素边缘,再根据相关二维测量算法获取工件中心坐标。最终将得到的位姿数据传送给6轴机器人进行精密装配任务。实验结果表明,该视觉定位引导系统具有现场环境下的高精度定位检测功能,自动化装配定位精度在X方向最大定位误差为0.0281mm、Y方向最大定位误差为0.026mm,足以达到自动化装配生产线的技术要求,具有较好的应用前景和参考价值。     

面向装配机器人的作业目标视觉识别与定位方法

针对装配机器人在作业过程中所面临的工件形状多样性等因素对工件的识别、定位造成的扰动,提出利用BRIEF描述子对SURF算法提取的作业目标特征点进行描述,采用最近邻汉明距离融合PROSAC算法进行两步骤的匹配,去除无效匹配点对,提高识别精度;通过模板图像与作业目标图像的转换关系建立4参数的仿射变换模型,求解装配作业目标的形心坐标,结合装配机器人视觉系统的标定参数得到目标形心的世界坐标。实验结果表明该方法在不考虑几何畸变的情况下,实现了对装配作业目标的快速识别与定位,定位误差不超过1. 0mm。     

基于视觉的SCARA机器人抓取平台与实验研究

为了提高自动化装配任务中高节拍机器人抓取工件的位置精度与效率要求,提高工作节拍时间,搭建了基于视觉的SCARA机器人抓取平台,同时开展了抓取工件的实验研究。使用Open CV完成摄像机标定,运用改进的霍夫变换算法进行工件轮廓检测,根据抓取平台的机械结构和运动特点,完成抓取作业;最后,对多次抓取实验结果进行研究分析。结果表明,该抓取平台具有较高的工业生产应用价值,其定位误差在0.5mm范围内。     

RV减速器传动误差分析及ADAMS仿真

以RV减速器为研究对象,分析了零部件的加工、装配误差对RV减速器传动的作用形式,将LIN的平移扭转耦合模型和质量弹簧误差等价原理相结合,建立该系统动力学传动误差的数学模型并进行求解;并以数学模型参数为基础,基于ADAMS动力学仿真软件建立了含有各类误差的三维模型并进行了仿真分析,通过对仿真的RV减速器输入输出速度数据的测试分析得到传动误差为2″～40″,与数学模型计算结果相似;通过对RV减速器数学模型计算的传动误差和ADAMS仿真的传动误差频谱图分析,得出影响传动误差大小的主要因素是二级摆线针轮传动。仿真结果验证了数学模型的准确性。     

针齿误差组合对RV减速器回差的影响研究

针齿半径误差、针齿中心圆半径误差是影响RV减速器回差的重要因素，其误差组合方式也对RV减速器的回差产生影响。为研究不同误差组合的影响规律，分析回差的影响因素，建立回差计算模型。以RV-80E为例，建立RV减速器的三维模型和动力学模型，并进行不同误差组合下回差仿真分析。仿真分析与理论计算结果表明：回差的理论计算曲线与仿真曲线变化规律一致，随着针齿直径的增大而减小，随着针齿中心圆直径增大而增大。     

双目视觉引导机器人定位抓取技术的研究

目前大部分工业装配生产线中机器人抓取待装件都是预先将固定类型的工件进行机械定位。为了提高机器人柔性抓取能力,实现了双目视觉引导机器人的抓取系统。文章通过定位工装板来间接定位工件的方法来完成双目视觉引导机器人抓取,首先通过双目视觉系统拍摄的图像识别工装板上6个定位孔,计算孔中心在相机坐标系下的位置,利用这6个定位孔中心空间位置用最小二乘法拟合出最优的工装板平面,由于工件相对于工装板的位置固定,可求得工件相对于相机坐标系的位置,进而通过标定参数转化为在机器人基坐标系下位置和姿态,供机器人抓取工件。经过多次工件抓取实验,分析数据得出,系统距离定位误差小于0.5mm,满足工业生产要求且适应于多种类型工件的抓取,具有通用性。     

基于装配轨迹在线修正的红外LED自动装配系统设计

红外LED用于光电式成像定位系统的位置信号发生源,要求LED装配位置误差≤0.2mm,但手动无法保证对LED的一次性精确定位装配,因此设计了利用KUKA机械臂实现红外LED高精度自动装配的系统。通过分析工业机械臂自动装配工序的误差源,提出一种基于待装配孔位姿测量的装配轨迹在线修正方法,解决示教在线编程和离线编程轨迹更新的不足。建立三坐标测量机测量与KUKA机械臂运动控制之间的位姿变换和轨迹误差修正数学模型,完成基于装配轨迹在线修正的红外LED自动装配系统软硬件设计,搭建实验装置,通过实验对系统自动装配精度进行验证,实验表明,经过装配轨迹在线修正后红外LED自动装配位置误差由修正前的0.23mm降低到0.09mm以下,角度误差由修正前的0.27°降低到0.08°以下,实现红外LED正常装配,为基于工业机械臂的高精度自动装配系统设计提供参考。     

基于3D打印的塑料制RV减速器性能分析

以工业机器人核心部件RV减速器为研究对象，对摆线针轮及啮合处做传动性能分析。对减速器施加不同旋转速度，对摆线针轮及啮合处齿进行等效应力、等效弹性形变的分析评估。建立其三维结构模型，以ABS和聚乳酸(PLA)作为3D打印制造的基本材料，通过ANSYS对摆线针轮及啮合处进行力学对比分析，为利用塑料材料进行RV减速器制造和性能分析提供了依据。     

RV传动中摆线针轮副啮合力和转角误差的计算

RV减速器中摆线针轮副的啮合是一个连续过程,在分析了最先接触点不同对初始间隙的影响和摆线针轮副传动具有小周期特点的基础上,提出了基于迭代原理的最先接触点分布区间计算方法;并借助赫兹接触理论对RV传动中摆线针轮副的小变形非线性接触问题进行啮合全过程的求解,得到连续的单针齿啮合力和RV减速器的转角误差,由此将RV传动传统受力分析方法从只能对某一特殊位置分析扩展到了摆线针轮副连续啮合的全过程,建立了摆线针轮副单个针齿受力分析和整机转角误差的连续分析模型;并研究了摆线针轮副结构参数对单针齿啮合力和整机转角误差的影响。     

智能机器人仓储物流系统设计

随着工业自动化技术的发展,密集型人工模式已经不能适应仓储物流的发展。为提高仓储的效率和质量,文章设计了一套智能机器人仓储物流系统及总控调度软件。该系统创新性集成了自动化立体仓库、AGV、机器人及传感器等硬件,总控调度软件与各机器人间通过以太网通讯,以管理和控制所有机器人,并协调各机器人工作。同时文中提出一种视觉精确定位方法提高AGV定位精度及系统稳定性。该系统具备存储、分拣、装配、配送等基本功能,而且能够适应高度动态的环境变化,最终通过齿轮箱的模拟装配拆解工作对该智能机器人仓储物流系统进行了应用验证。     

双驱双向AGV控制系统设计

以工业平板电脑+可编程多轴控制器(PMAC)构成开放式控制器硬件系统,采用面向对象的C++程序设计语言进行上位机控制系统软件开发。根据技术要求进行系统功能需求分析,采用模块化的思想,设计系统软件总体结构;介绍了导航模块纠偏算法的实现。最后以双驱动双向AGV为机械本体进行停车定位测试。结果表明:该AGV的平均定位精度为5.144 mm,最大的定位精度为9.232 mm,其精度满足要求,该控制系统软件较好地完成了导航定位任务。     

融合视觉和以太网技术的工业机器人分拣装配控制系统设计

针对制造业中多类型、多工位、无规则、有残次工件人工分拣出错率高与装配效率低下的问题,设计一个融合视觉和以太网技术的工业机器人分拣装配控制系统.应用工业以太网构建一个包含视觉、PLC、HMI和工业机器人的硬件系统;提出结合图像匹配、圆孔识别算法的工件检测与识别方法;基于坐标偏移的方法设计了一个PLC控制工业机器人的优化算法;并对工业机器人进行示教与编程,实现工件正确分拣与高效装配.测试证明:该系统工件识别正确率达100％,工业机器人的示教位置大大减少,工业机器人的控制程序明显简化,工件分拣正确率与装配效率显著提高.     

采用静态数据增强的AGV定位与姿态修正研究

搭载激光雷达的移动机器人（AGV）被大量应用于智能工厂的工件运输,但受障碍物和移动物体的影响,AGV在车间内位姿辨别能力较弱。为了解决定位和姿态识别问题,提出一种全新的点云数据融合位姿辨别策略,利用高精度的静态全站仪整体数据融合激光雷达局部、低精度数据,并提出向量权重匹配法来完成AGV的室内定位。设计一种抽样网格卷积法实现异构数据的快速初步定位;建立自适应搜索全站仪数据的基准区域,将它映射到激光雷达数据的对应区域;最后通过向量权重匹配获取AVG的位姿参数。上述方法在6 m×8 m室内空间进行实验。结果表明：所提方法可达到±7 mm的定位精度与±1.4°的姿态控制识别精度,且能准确补偿激光雷达的扫描误差,提高AGV的位姿识别能力。     

基于到达时间差异的超声波AGV定位

为满足移动的AGV对大范围、近距离定位的要求，设计了一种新的主动信标式AGV超声导航系统。该系统采用信号到达时间差异来确定AGV位置，降低了对时间的同步要求。实验表明：在2m^2范围内，平均误差为2、15mm，这说明该系统的定位精度达到和优于现有的超声波定位系统，该导航方案可满足AGV的要求。     

基于关节约束的双臂机器人协调控制器研究

为提高双臂机器人运动的协调性,设计了协调控制系统,并对机械臂运动轨迹跟踪误差和角速度变化进行仿真验证。创建了双臂机器人三维模型,利用相对雅克比矩阵推导机械臂末端执行器运动轨迹误差公式,设计机械臂运动协调控制器。根据层次优先的任务结构推导机械臂关节角速度方程式,设计双臂联合避免关节限制策略,通过优先级协调双臂运动。为验证关节约束条件下机械臂运动的协调性和稳定性,采用MATLAB软件对机械臂运动轨迹跟踪误差和角速度变化进行仿真,并与无关节约束条件下输出效果进行比较。结果表明：在无关节约束条件下,单臂机器人运动轨迹误差较小,但是双臂机器人运动轨迹跟踪误差较大,双臂产生的角速度峰值较大;在有关节约束条件下,单臂机器人运动轨迹误差较大,而双臂运动轨迹跟踪误差较小,双臂产生的角速度峰值较小。采用联合关节限制策略,可以提高机械臂运动的协调性,降低机械臂角速度产生的峰值,机器人运动相对稳定,效果较好。     

High-accuracy pose estimation method for workpiece exchange automation by a mobile manipulator

A mobile manipulator that consists of a robot manipulator and an Automated Guided Vehicle (AGV) was developed to automate transporting and exchanging workpieces for machine tools. Despite less accurate positioning of the AGV, positioning accuracy of 1 mm must be realized during attachment and removal of workpieces. To compensate for an error of the AGV, this paper proposes a novel method of high-accuracy pose estimation using a fiducial marker. Experimental results show that workpiece exchange can be automated with high reliability even though a clearance between a chuck and workpieces in diameter is as small as 1 mm.     

基于三维视觉伺服的智能装配系统设计

在机械制造中,零件装配是生产整合的重要环节.目前装配任务主要依靠人工完成,效率低下,部分自动化装配平台虽然可通过机器人开环控制系统完成装配任务,但灵活性欠缺.为了提高柔性和生产效率,对装配进行研究后,以三角轴为对象,设计了三维视觉伺服装配平台,采用图像处理和PNP算法进行位姿估计,设计基于位置的视觉伺服控制器.实验结果...     

基于倍福CX控制器的AGV控制系统设计

对传统的人工叉车进行自动化改造可以大幅度提高车间物流自动化水平。以倍福控制器CX5130作为AGV控制核心,倍福控制器分别与激光导航传感器和无线终端通过TCP/IP协议通信,实现与AGV本体和调度系统的数据交换。激光导航传感器通过反光柱返回激光导航仪发射的激光束实现AGV的定位。倍福HMI界面作为人机界面方便操作和监控。实现AGV的自动运行之后,通过PID算法提高了AGV的定位精度。实验结果表明:所设计的控制系统能满足AGV系统使用要求,成本低,验证了其有效性和可行性。     

基于智能识别的汽车离合器压盘自动装配生产线的设计

将工业机器人技术、视觉传感器技术、PLC控制技术、Profibus-DP、modbus工业网络技术有效结合,开发智能识别算法,提高视觉传感器识别率,完成了传统汽车企业的汽车离合器压盘装配生产线的改造,改造后的生产线由机械手与自动工装取放工件,能完成成品瑕疵检验、装配、自动存储、自动打标等工序。实际应用表明:改造后的生产线能够较好解决人工检测中检测效率较低、误检率大等问题,具有较高的可靠性和实用性。