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铝铸件打磨机器人视觉系统设计

一、选题的目的和意义

目的：铝铸件因为毛刺等原因需要打磨，打磨过程中因为空气中铝粉含量大，现在大部分更换为机器人打磨，使用工装板对铝铸件进行定位，每换一种产品，就需要更换一种工装板，导致浪费大量时间，经济性低，效益差。

意义：摒弃了市面上主流的用示教器对机器人进行操作的做法，利用视觉引导技术来实现对工业机器人的精确控制与远程协作，这一机器人工业媒介象征着机器人与智能是一个新时代的生产技术。

二、相关文献综述（1000字左右，与主要参考文献对应）

许彬在2020年完成的硕士论文《工业机器人视觉引导系统的研究与实现》首先对工业机器人视觉引导平台的发展现状进行阐述介绍，详细的分析了现今视觉引导系统在不同场合下的应用，根据其工作原理分析设计了“眼在手外”和“眼在手上”两种引导模式，论述了视觉引导系统对工件的详细标定方法，总结了相机对两种引导模式的标定过程。针对视觉引导系统需要能够快速准确地识别工件，将不同的图像识别算法进行实验对比，总结得出最适合本套系统的图像处理算法流程。考虑视觉引导系统的准确性与实时性，在保证准确度的情况下尽可能的提高算法效率，包括采集机器人工作区域图像以及工件图像的滤波预处理、边缘检测、特征提取，最终能够有效的进行坐标转换，满足系统快速准确的要求。

尹力在2020年完成的硕士论文《基于机器视觉的六轴机器人目标识别定位及引导系统研究》首先对一般视觉应用系统必要的组成要素进行研究，在结合项目的需求，对系统的基本组成进行结构设计，确定开发语言和软件开发平台。接下来为了保证图像特征提取的效果，先对预处理的流程进行设计与实现，通过具体实验比较多种滤波方法的基础上，提出--种基于图像分割思想的多灰度级滤波器进行分灰度级的平滑滤波，并利用双边阈值进行Canny边缘提取。其次，为完成目标特征提取，利用SIFT特征描述子结合FLANN最近邻搜索库进行快速模板匹配。在不同干扰情况下进行识别实验，通过实验匹配结果比对完成性能验证;在视觉信息处理模块的最后部分利用最小外接矩形为相应的执行机构确定位置和姿态。然后对工业相机的成像机理展开研究，对采集设备的各坐标进行数学模型的建立。为了保证系统的精度，对镜头可能产生的畸变也纳入了考虑范围，在考虑了镜头畸变的情况下对视觉平台使用的相机进行畸变矫正和内参数标

定。在确定手眼模型后，对系统手眼关系进行快速标定模型进行研究，并对标定结果进行精度验证及误差分析。最后采用上述完成的各个功能组件，利用机器人控制器相关的通信协议与视觉模块进行坐标值传输。通过具体识别引导实验验证系统性能，随之进行精度分析，及时发现现有设计中存在的缺陷，不断完善系统设计。

张韦昱在2020年完成的硕士论文《基于视觉引导的分拣机器人》以Delta机器人为研究对象，研究了一种基于几何法的Delta机器人运动学分析方法，解决了Delta机器人的正向运动学求唯一解的问题。并根据该方法的运动学逆解实现对Delta机器人的轨迹规划。完成Delta机器人的基于金字塔型寻优的拦截抓取，并且研究了基于PID算法的同步跟踪抓取。研究基于图像外形特征、基于图像灰度和基于边缘曲线的模板匹配算法，通过对比三种算法的优缺点，选择了处理速度较快、适用性更强的基于图像外形特征的模板匹配算法，有效地提高了算法匹配速度。最后，搭建了Delta机器人视觉分拣系统实验仿真平台，验证了运动学模型和轨迹规划算法。采用LabVIEW平台的NIVision视觉软件编写了模板匹配程序，实现了对流水线上工件的快速识别和定位。

陈飞，王飞，刘雷在2017年8月《制造业自动化》期刊《基于机器视觉的三维运动装置定位抓取系统》一文中提到将机器视觉技术应用于三维运动装置定位抓取上，以圆柱体工件为研究对象设计了基于机器视觉的三维运动装置采用"PC+CCD+运动控制卡"的运动控制方式。采用LabVIEW软件设计监控界面，通过调用库函数节点向Gali运动控制发送命令控制轴的运动，通过固定于Z轴上的相机捕获工件所在的XY轴位置通过XY位置补正及Brenner清晰度评价算法准确确定I件XYZ轴位置，继而对其进行抓取并置于指定位置。实验证明，所设计的系统能有效地实现定位抓取。

众多前辈对工业机器人的视觉引导抓取方面进行了深入研究，使我的课题有了很多可以参考的内容，但还没有针对具体生产中出现的实际抓取铝铸件的问题做出深入研

究，因此本文具有研究价值和一定的现实意义。

三、研究内容

针对铝铸件打磨机器人视觉系统设计，利用相机拍摄当前工件的图片，并上传给视觉系统进行分析处理，和机器人控制系统进行系统交互，以进行目标所处世界坐标和机器人坐标系之间的变换关系，引导机器臂末端夹持机构至指定位置。

1绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2国内外研究现状

2机器人视觉技术的研究现状

2.1机器人视觉技术概述

2.2机器人视觉对铝铸件打磨的实际意义

2.3本文的主要研究内容

3机器视觉整体设计

3.1机器视觉系统的一般构成

3.2整体设计方案

3.3视觉引导过程中的数据传输4机器视觉系统硬件的选择

4.1工业相机的选择

4.2工业镜头的选择

4.3光源的选择

5铝铸件图像的识别算法

5.1图像处理算法的概念

5.2图像采集

5.3图像处理

5.4BLOB分析

5.5模板匹配

6视觉引导系统相机标定

6.1视觉引导方式

6.2手眼标定

6.3标定方法的选择7结语

四、研究方法、步骤及措施等

研究方法：

理论与实践法：通过机器人视觉引导系统的相关知识，理论上分析出视觉引导机器人的图像处理时间与坐标转换。

案例对比分析法：通过机器视觉引导机器人分拣铝铸件的位置及方位的数据对比分析，得出初步结论。

实验法：通过对设计后的机器人进行大量的抓取打磨实验来验证设计的正确性。

文献研究法：阅读和参考相关的视觉引导系统的文献，来合理设计本研究的基本框架、研究内容和基本方法。

研究步骤：

（1）前期准备：明确论文研究方向，制定研究计划，查阅相关资料，实地考察，了解视觉引导机器人分拣打磨铝铸件的工作方式。议定论文提纲。

（2）撰写文献综述与开题报告：整理收集到的相关资料，向指导老师咨询相关意见。

（3）论文撰写：通过对收集到的资料进行整理并结合老师以及前人的研究成果进行论文初稿的撰写。再根据指导老师的意见进行修改，最终定稿。完成以下内容：工业相机的选择、光源的选择、标定算法、数量分析算法、通讯、相机SDK开发、验证解决方案的可行性。

（4）论文评审及答辩

将论文定稿提交指导老师、评阅教师评审，并准备答辩。

研究措施：

（1）依靠学校图书馆查找相关资料。

（2）依靠学校实验室的有利环境，选用abb机器人，工业相机PIS-C01000MGHB，工业镜头PIS-F16BCT。

五、进度安排

序号起止日期工作内容

1查阅资料，调查研究，拟定毕设研究内容和实现的功能，论文写作大纲，撰写开题报告。教师召集学生面谈，进行论文开题指导，讲解开题报告写作注意事项；学生查阅文献，总结提炼论文写作大纲，教师修改论文大纲，完善论文结构，完成开题报告

2独立设计，修改设计和修改论文，中期检查。在这阶段指导老师与学生要经常交流，老师指导，学生根据老师的要求完善系统和修改论文

3中期检查

4设计、论文完成和定稿。按照学校论文格式要求调整论文格式和排版，形成定稿

5设计和论文验收与评审。学生对论文查重并提交符合学校要求的查重报告，重复率控制在25%以内。指导老师和评阅老师对论文进行评审，形成评审意见和成绩

6毕业论文（设计）答辩。学生准备所有毕设资料，制作汇报PPT，按照学院统一时间要求参加毕设（论文）答辩

7论文档案材料整理存档

六、主要参考文献

[1]尹力.基于机器视觉的六轴机器人目标识别定位及引导系统研究[D].大连交通大学，2020.

[2]许彬.工业机器人视觉引导系统的研究与实现[D].重庆邮电大学，2020.

[3]陈飞，王飞，刘雷.基于机器视觉的三维运动装置定位抓取系统[J].制造业自动化，2017，39(08)：22-25.

[4]焦圣喜，岳晓峰，王平凯.手-眼视觉动态目标定位方法研究[J].光学技术，2008(05)：702-705.

[5]陈杰.基于视觉引导的ABB机器人定位与抓取研究[D].沈阳：沈阳理工大学，2020.

[6]杨旗，陈杰，崔玉博等.基于视觉引导的ABB机器人定位与抓取[J].机械工程与自动化，2019(05)：57-59.

[7]曾劲松，薛文凯，徐博凡等.双目视觉引导机器人定位抓取技术的研究[J].组合机床与自动化加工技术，2019(01)：131-133+137.

[8]徐蒙蒙.视觉引导的机器人定位抓取系统的设计与实现[D].聊城：聊城大学，2019.[9]廖毅洲.视觉引导工业机器人定位抓取系统设计[J].电子世界，2017(01)：75-76+86.

[10]FuZ，DiZ，SongZ.MethodStudyonPositionandOrientationMeasurementofMonocularVisionWorkpieceBasedonHALCON[J].Machinery，2017.