水平视觉光电机器人软件系统的设计与实现

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机器人是多学科交叉的高新技术的应用领域,是一个国家现代化实力的强有力的佐证。机器人技术的发展日新月异,工业机器人在精度、效率和智能化集成度等方面都有了很大的提高,发挥着越来越重要的作用:在信息反馈方面,基于视觉伺服的机器人系统通过直接从图像中提取有用信息大大扩展了信息窗口,是机器人感知能力的一次质的提升;在下位机方面,使用运动控制卡对机器人进行控制成为一种趋势,具有成本低、精度高、易于开发等特点。本文内容如下:(1)视觉机器人软件系统总体设计:系统的硬件环境是以SCARA型水平四轴机器人为本体,固高运动控制卡作为核心控制板;软件开发环境选择Windows系统下Microsoft Visual Studio 2008作为开发平台,并且基于Qt应用程序框架进行开发。软件系统采用模块化设计,主要分为算法模块,视觉处理模块和运动逻辑控制模块等,主要的工作是这些模块的设计、编码以及测试;(2)运动控制算法模块设计:此模块负责轨迹规划等任务的计算工作,本文采用的方法是基于经典的D-H方法建立机器人空间模型,首先求解机器人正、逆运动学问题,进一步实现关节空间和笛卡尔空间的插值算法,然后使用Robotics Box进行三维仿真,最后使用计算机语言实现算法并进行实验和验证;(3)视觉处理模块设计:研究了机器人的视觉标定和后续的图像处理的方法,基于世界领先的视觉处理软件Halcon完成相关开发,具体开发的功能包括:摄像机标定、机器人手眼关系标定、灰度化、滤波去噪、二值化、形状匹配等,该模块最终将图像中的点转化为机械臂关节空间矢量;(4)运动脚本和逻辑控制设计:使用C++内嵌Lua解释器的方法设计和解析自主设计的运动控制脚本,本文所设计的脚本实现了顺序执行、条件执行和循环执行等多种控制逻辑,并且支持逻辑控制的嵌套;本文结合经典轨迹规划算法和插值算法,实现基于三次插值的直线、圆弧轨迹规划算法,并对算法的实际效果进行测试和验证;视觉模块标定误差较小,图像处理后能较准确提取出目标物体重心坐标.。为实现运动逻辑控制开发了自己的运动脚本,并通过嵌入Lua解释器的方法实现脚本的条件、循环等逻辑控制功能。本课题的初步实验和测试表明,本机器人系统精度较高,能基本满足实际应用。
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