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基于双目视觉和六维力传感器的柔顺抓取与装配系统研究

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基于双目视觉和六维力传感器的柔顺抓取与装配系统研究

随着工业生产中自动化水平的提高,对系统智能化、柔性化提出了更高的要求。
工业机器人因具有持久稳定的重复执行动作的特点,作为执行机构被广泛使用。传统的工业机器人应用通过示教编程方式运行,无法感知环境变化自动调整运动轨迹,不能充分发挥工业机器人多维、灵活的特点。本文根据机器人抓取和装配任务需求,将工业机器人与摄像机和六维力传感器结合使用,研究了基于双目视觉技术引导机器人对空间任意位姿工件抓取,基于力控技术调整机器人装配过程姿态,并通过搭建实验平台,实现对空间中工件的抓取和轴孔柔顺装配。
 
六维力传感器主要研究内容如下:
(1)对摄像机线性成像模型和双目视觉原理进行了研究,建立了摄像机坐标系与空间点对应关系的数学模型。通过对摄像机标定和手眼标定,将空间点与摄像机、摄像机与机器人建立数值对应关系,并对双目视觉系统采集到的图像进行预处理和校正,降低系统噪声和设备位置误差的影响。
(2)研究立体匹配的原理和方法,使用基于区域的立体匹配算法并进行了优化,获得图像对的匹配点,根据三维重构原理对匹配点进行三维重构,获得了工件表面的三维信息。根据工件特征,对工件进行空间位姿估计,得到工件相对于摄像机的空间位姿。
(3)设计并实现了六维力传感器通信系统和重力补偿系统,解决力传感器通信问题和重力对测量数据的影响。对轴孔装配过程进行受力分析,获得了轴孔装配各阶段的受力情况。
(4)对控制算法进行了研究,选择使用基于位置的阻抗控制算法,并通过对阻抗控制误差进行了分析,在此基础进行了改进。通过仿真,对阻抗控制和自适应阻抗控制进行了对比。通过对ABB机器人二次开发,能够通过软件实时控制机器人位姿。
(5)搭建实验平台,进行验证实验。实现对空间中工件的抓取和轴孔柔顺装配,验证了系统的可行性。