基于机器视觉的面粉袋码垛机器人研究中的摘要

摘要

随着工业技术的发展和市场需求的增加，工业机器人己经成为现代工业领域中不可替代的重要装备。某面粉生产企业为提高生产效率、降低生产成本和工人的劳动强度，计划使用机器人代替人工的码垛方式。由于该企业特殊的生产流程，在同一条生产线上需对不同类型和位姿的面粉袋分别码垛，而目前通用的码垛机器人均不能满足要求。因此，本文以该问题为切入点引入机器视觉技术，对基于机器视觉的面粉袋码垛机器人系统进行了研究。本文研究的主要内容及成果: 首先，针对面粉袋的类型和位姿识别问题构建了机器视觉识别系统，并完成了视觉系统摄像机的标定。应用SIFT算法实现了被识别面粉袋的特征与模板图像特征的自动匹配，准确判别出面粉袋的类型。在正确匹配特征点的基础上，通过特征点的仿射变换识别出面粉袋的旋转角度，利用图像处理技术求出面粉袋的质心位置，最终实现了面粉袋类型和位姿的自动识别。 其次，依据输送线上面粉袋的摆放姿态，设计了用于面粉袋码垛的拾取手爪，并进行了典型工况的静力学分析和运动学仿真分析。结果表明抬取手爪的设计满足强度要求，分析了手爪在抓取过程中气缸的受力和夹持手指末端辊轴的运动情况，掌握了拾取手爪的关键运动参数，也为拾取手爪的进一步优化设计奠定了基础。 再次，分析了面粉码垛系统的主要工作参数及码垛系统的整体布局，设计了应用于面粉袋拾取与码垛的4自由度直角运动机器人并建立了直角机器人的三维模型。对直角运动机器人的整体结构进行了模态分析，得出各阶共振周期、频率和模态振型，分析表明机器人在工作的过程中不会发生共振，动态特性良好。 最后，初步设计了码垛机器人的控制系统，系统采用上位机PC和PLC的控制结构。利用Matlab GUI编写了机器人控制系统界面并对面粉袋的码放位置进行详细的规划。对PLC控制器进行了选型及各输入输出端口的分配，分析了码垛过程中PLC控制器对各伺服电机的控制及机器人的运行路径，以保证码垛作业能够顺利进行。

关键词:码垛机器人，机器视觉，静力学分析，运动学仿真，模态分析