目录
摘要................................................................................................................................. I Abstract ............................................................................................................................ III 第一章绪论. (1)
1.1课题的研究背景及意义 (1)
1.2国内外研究现状 (3)
1.2.1机器人轨迹跟踪控制技术 (3)
1.2.2视觉技术方面 (3)
1.2.3无标定机器人视觉系统 (5)
1.3本文主要研究内容 (6)
第二章视觉引导抓取机器人系统设计 (7)
2.1 视觉引导抓取机器人系统方案研究 (7)
2.1.1 视觉引导机器人设计要求 (7)
2.1.2视觉引导机器人系统组成及设计方案 (8)
2.1.3 机器人系统硬件设备 (9)
2.2 视觉引导机器人结构设计 (11)
2.2.1 视觉引导机器人本体结构设计 (11)
2.2.2. 视觉引导机器人样机 (12)
2.3 视觉引导机器人系统接口设计 (12)
2.3.1 视觉引导机器人接口 (13)
2.3.2 视觉平台接口 (14)
2.3.3 其他硬件接口 (14)
2.3.4 控制系统软件接口 (14)
2.4 本章小结 (14)
第三章机器人运动学及动力学分析 (15)
3.1 机器人运动学分析 (15)
3.1.1 机器人D-H坐标系的建立及各连杆参数 (15)
3.1.2机器人运动学模型建立 (17)
3.1.3机器人运动学逆解 (18)
3.1.4 机器人运动学仿真 (20)
3.2机器人动力学分析 (22)
3.2.1机器人动力学Lagrange方法分析 (23)
3.2.2 动力学仿真分析 (24)
3.3 本章小结 (26)
第四章机器人轨迹规划及运动控制 (27)
4.1机器人轨迹规划 (27)
4.1.1 关节空间描述和笛卡尔空间描述 (27)
4.1.2视觉引导机器人轨迹生成 (27)
4.1.3 轨迹生成策略说明 (29)
4.2笛卡尔空间轨迹规划 (30)
4.3运动控制策略 (31)
4.3.1 机器人S型加减速控制模型 (31)
4.3.2相邻直线段转接处的速度优化 (34)
4.4 关节空间轨迹规划 (35)
4.5基于ADAMS的轨迹规划仿真 (36)
4.5.1 空间螺旋曲线 (36)
4.5.2直线轨迹 (38)
4.5.3两线段交叉处处理 (40)
4.5.4仿真分析结论 (42)
4.6本章小结 (42)
第五章机器人视觉系统设计 (43)
5.1 视觉系统软硬件设计 (43)
5.1.1 视觉系统硬件组成 (43)
5.1.2 图像采集系统模型 (43)
5.1.3 图像采集 (45)
5.2视觉系统算法设计 (48)
5.2.1目标识别算法及工件分类算法 (48)
5.2.2 目标定位算法 (49)
5.3本章小结 (51)
第六章视觉引导机器人控制系统设计 (52)
6.1 视觉引导抓取机器人控制系统结构设计 (52)
6.1.1 机器人控制系统的硬件结构 (53)
6.1.2 机器人控制系统软件体系结构 (59)
6.2视觉引导抓取机器人控制系统软件开发 (60)
6.2.1 数据处理模块 (60)
6.2.2 运动控制模块 (61)
6.2.3状态监控模块 (63)
6.3 视觉引导抓取机器人交流伺服位置控制系统 (64)
6.3.1 交流伺服控制系统位置控制模式 (64)
6.3.2 电机最大伺服驱动能力 (66)
6.4本章小结 (67)
第七章实验验证与结果分析 (68)
7.1 机器人轨迹说明 (68)
7.2实验结果及分析 (69)
7.2.1实验结果 (69)
7.2.2 结果分析 (74)
第八章结论与展望 (75)
8.1全文总结 (75)
8.2工作展望 (76)
参考文献 (77)
致谢 (81)
硕士期间发表论文专利和获奖情况 (82)
第一章绪论
1.1课题的研究背景及意义
工业机器人是一种常用的机电一体化设备，能够提高生产线的柔性和效率，加快现代化进程，对提升经济发展有着巨大的作用。工业机器人产业是继汽车、计算机之后的新的大型高技术产业，也是近年来我国重点发展的产业之一。
“抓取-放置”是工业生产线上机器人最常见的动作，同时也是支持机器人从事其他功能的基础[3]。因此，对机器人抓取技术的深入研究能够促进机器人应用行业的发展，机器人抓取性能的好坏决定了工业机器人的使用性能。在众多类型的工业机器人当中，上下料机器人属于较早开发的工业机器人，而且在目前市场中得到广泛应用。
一般情况下，传统的工业机器人在完成“抓取—放置”这一动作时，首先必须确定工件的起点、目标点和两点之间的运动轨迹，这种情况下，就要求工业生产线是固定的，不可改变，一旦改变，就必须重新示教，工作模式固定缺乏灵活性和对作业环境的适应能力差[4][5]。尤其是当机器人的作业环境具有传送带时，工件是具有运动和散乱的特点，起点和目标点的位姿是不确定的，这就大大限制了传统示教工业在自动化流水线的应用，为了改变这种状况，提高工业机器人对环境的适应能力，引入视觉、力觉等传感器，使机器人具有一些智能特征。
视觉引导机器人利用工业相机获取工作环境的相关信息，通过图像处理识别工件和确定工件起点位置和目标点位置及其他相关信息，然后根据机器人的结构，确定机器人末端运动轨迹，从而改变了传统工业机器人智能程度低、柔性差的特点，提高机器人对环境的适应能力，使机器人具备智能化、柔性强的特点，促进了机器人的发展。
现如今，随着我国将机器人和智能制造纳入了国家科技创新的优先重点领域，并大力支持鼓励研究与开发用于焊接、采矿、爆破、施工等危险行业的工业机器人，对于工业机器人的性能提出了更高的要求。从整体上看，国内的机器人行业还缺乏整体核心技术的突破，同时国内的具有工业机器人相关的知识产业的企业还很少[7][8]。目前，国内