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直角坐标机器人路径规划与视觉引导研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及目的意义

1.1.1 课题来源

1.1.2 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 路径规划国内外研究现状

1.2.2 视觉引导国内外研究现状

1.3 主要研究内容

第2章 基于遗传算法的直角坐标机器人路径规划研究

2.1 直角坐标机器人路径规划分析

2.1.1 路径规划问题分析

2.1.2 路径规划模型转换

2.1.3 路径规划距离矩阵分析

2.2 基于遗传算法的直角坐标机器人路径规划

2.2.1 遗传算法要素构成

2.2.2 直角坐标机器人遗传算法路径规划分析

2.3 基于遗传算法的路径规划仿真分析

2.4 本章小结

第3章 直角坐标机器人视觉引导研究

3.1 视觉系统分类

3.2 摄像机成像模型

3.2.1 摄像机成像模型建立

3.2.2 图像畸变模型建立

3.2.3 摄像机标定

3.3 图像预处理

3.3.1 图像去噪

3.3.2 图像二值化

3.4 图像轮廓特征识别

3.5 工件位置确定

3.5.1 特征图像形心位置确定

3.5.2 形心位置引导

3.6 本章小结

第4章 直角坐标机器人系统设计

4.1 直角坐标机器人硬件系统设计

4.1.1 直角坐标机器人方案设计

4.1.2 直角坐标机器人零部件选型

4.1.3 直角坐标机器人电气系统设计

4.2 直角坐标机器人人机界面设计

4.2.1 人机界面设计思想与设计原则

4.2.2 人机界面的实现

4.3 本章小结

第5章 直角坐标机器人路径规划与视觉引导实验研究

5.1 直角坐标机器人定位精度测试

5.1.1 实验过程

5.1.2 实验结果分析

5.2 直角坐标机器人路径规划实验

5.2.1 实验过程

5.2.2 实验结果分析

5.3 直角坐标机器人视觉引导实验

5.3.1 实验过程

5.3.2 实验结果分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢

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摘要

随着制造业的快速发展,机器人在各个领域中扮演着越来越重要的作用。在对一些工件的搬运、加工、装配等作业中,直角坐标机器人具有较大的优势。对精度和效率都要求较高的工作场合中,需要机器人能够在众多的可行路径中规划出一条最优路径,并且使机器人末端执行器能够准确到达目标位置。本文以直角坐标机器人为研究对象,从以下几个方面进行研究:
  首先,分析直角坐标机器人路径规划问题,依据直角坐标机器人运动特点,建立路径规划数学模型,并把数学模型转化为旅行商问题,将遗传算法应用在路径最短路径规划中,提出了基于遗传算法的直角坐标机器人路径最短规划算法,从而规划出直角坐标机器人末端执行器最短路径,确定对目标工件的搬运顺序。
  其次,采用单目CCD相机作为视觉元件,建立摄像机线性模型和图像畸变模型,对摄像机进行了标定。通过对图像预处理与图像特征识别,确定目标工件的外部轮廓,用最小外接矩形法求解工件外部最小矩形,依据图像几何不变矩求取图像中目标工件形心,通过直角坐标机器人手眼标定法确定工件位置从而完成视觉引导。
  再次,确定直角坐标机器人主要元件型号,包括摄像机、镜头、运动控制卡、线轨、电机的选型,完成直角坐标机器人硬件搭建。基于模块化思想,采用Visual C++中的MFC模块设计控制系统的人机界面,把控制系统人机界面分成多个模块,并对其中主要模块进行分析,建立基于视觉引导的直角坐标机器人实验平台。
  最后,在搭建好的直角坐标机器人系统基础上进行实验研究,包括直角坐标机器人末端执行器定位精度实验、直角坐标机器人路径规划实验、直角坐标机器人视觉引导实验,并对实验结果进行分析。

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