工業(yè)機器人的運動軌跡

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專題綜述 課程名稱 工業(yè)自動化專題 題目名稱 工業(yè)機器人的運動軌跡 學生學院_ _ 自動化_專業(yè)班級_ _ _學 號 學生姓名_ _ _指導教師_ _2013 年 6月 27日工業(yè)機器人的運動軌跡綜述【摘要】：隨著知識經濟時代的到來，高技術已成為世界各國爭奪的焦點，機器人技術作為高技術的一個重要分支普遍受到了各國政府的重視。自此，多種不同的研究方向都在工業(yè)機器人實時高精度的路徑跟蹤來實現預期目的。而工業(yè)機器人的運動軌跡又是重中之重，在得到反饋信息之后，如何作出應答，并且實時檢查軌跡與所計算出的軌跡是否吻合，為此也要進行追蹤與動作修正。【關鍵詞】：工業(yè)機器人，視覺，路徑

2、跟蹤，軌跡規(guī)劃，高精度1.機器人視覺，運動前的準備實際的工業(yè)現場環(huán)境復雜，多種因素都有可能導致系統在運行過程中產生一定的偏差、測量精度降低，引起誤差的原因主要有溫度漂移和關節(jié)松動變形等，使測量模型的參數值改變從而導致定位誤差增大，因此需要定期對工業(yè)機器人視覺測量系統進行精確的校準，從而實現精確定位和視覺測量。更少不得必要的優(yōu)化。1.1基于單目視覺的工業(yè)機器人運動軌跡準確度檢測建立的工業(yè)機器人單目視覺系統，整個系統主要由單目視覺單元，監(jiān)控單元和機器人執(zhí)行單元三大單元組成。單目視覺單元為一臺固定在機器人上方的CCD攝像機，負責攝取工作環(huán)境中的目標并存入圖像采集卡緩沖區(qū)；監(jiān)控單元負責監(jiān)控各工作站的當

3、前狀態(tài)，并完成對存儲圖像進行相關處理的工作，達到識別定位目標的目的；執(zhí)行單元負責驅動機械手實施抓取操作。1.2基于雙目視覺的工業(yè)機器人運動軌跡準確度檢測以立體視覺理論為基礎，研究了基于空間直線的二維投影面方程。根據投影面的空間解析幾何約束關系，建立基于直線特征匹配的雙目視覺誤差測量的數學模型。在該模型基礎上采用將兩臺攝像機固定于工業(yè)機器人末端的方案對關節(jié)型工業(yè)機器人運動軌跡的準確度進行了檢測。結果表明，該檢測方法簡單實用，基本上可以滿足工業(yè)機器人CP性能檢測的要求。1.3一種面向工業(yè)機器人智能抓取的視覺引導技術研究為實現工業(yè)機器人自主識別并抓取指定的目標，提出了一種基于計算機視覺引導的解決方法

4、。該方法利用指定目標的3D數據模型，以及由兩臺或者多臺CCD攝像機從工作場景中不同角度獲；取到的數字圖像，經過目標姿態(tài)估算、投影計算并生成投影圖像，再利用投影圖像與目標真實圖像進行比較，實現了目標的識別與位姿獲取。實驗結果表明該方法可以較復雜的環(huán)境下識剮指定目標，并獲得目；標的姿態(tài)信息，從而為工業(yè)機器人抓取目標提供引導。1.4視覺溫度測量系統在線校準改進汽車車身總成、分總成的加工過程中應用工業(yè)機器人視覺測量系統對關鍵尺寸進行在線實時監(jiān)測。機械臂及環(huán)境溫度變化導斂桿件和關節(jié)熱膨脹變形，造成測量結果產生溫度漂移本文提出了一種在線校準方法首先根據機器人的D.H正向運動學模型和微分運動學模型建沈末端關

5、節(jié)坐標系的定位誤差模型，然后結合軸動實驗并利用多元線性pJ歸方法確定受溫度變化影響最為顯著的機器人連桿參數，最后建口基于基準球的溫度誤差補償模型現場測量數據表明，該方法能將溫度變化引起的測量誤差控制在0.05mm左右，并且適應生產線的正常節(jié)拍。2.路徑跟蹤與軌跡規(guī)劃手部路徑跟蹤和關節(jié)軌跡規(guī)劃是機器人應用領域中一個非常重要的課題 在以往的研究中往往是通過在設定的路徑上增加節(jié)點數和路徑分段數來提高機器人手部跟蹤設定路徑的精但這種方法會導致在線計算量大幅度增加。2.1一種新的實時高精度路徑跟蹤與關節(jié)軌跡規(guī)劃方法通常，為了減少工業(yè)機器人控制系統的在線計算負擔，運動控制是在關節(jié)坐標空間中進行的。為此，首

6、先必須在笛卡兒空間中設定的路徑上選取足夠多的點稱為節(jié)點，再將它們一一轉換成對應的關節(jié)坐標，然后在關節(jié)空間中將這些坐標用某種方式進行擬合形成光滑的關節(jié)軌跡。在實際控制過程中，只需讓各關節(jié)沿其對應的軌跡運動，所有關節(jié)運動的綜合效果就表現為機器人手部近似地沿笛卡兒空間中設定的路徑運動。顯然，所取的節(jié)點數越多，路徑跟蹤的精度也就越高。但這會導致關節(jié)軌跡分段數和關節(jié)軌跡方程數量大大增加，在線計算時控制系統的運算量大幅度增加。同時，手部路徑跟蹤精度在首尾兩段路徑中的各節(jié)點之間有所降低。新方法對這一缺陷將對其首、尾2段路徑上的關節(jié)軌跡方程進行改進 在這2段路徑上除引入1個正弦函數和1余弦函數外再引入1新的函

7、數，函數由1正弦函數和1個1次多項式的乘積構成，并且這2段上原來的4次多項式將降低為3次多項式。這樣，在首、尾2段路徑上關節(jié)軌跡方程將由1個3次多項式與1個正弦函數1個余弦函數以及新引入的函數相加組成。來避免運算量增大的問題，同時提高精度。2.2機器人柔性坐標測量系統現場校準技術機器人柔性坐標測量系統能夠實現大型工件尺寸在線快速測量，是自動化生產線的關鍵質量監(jiān)控設備?，F場校準技術是柔性坐標測鼉系統的關鍵技術之一，校準精度直接影響系統測量精度。現場精確建立機器人末端工具坐標系與視覺傳感器坐標系形成的手眼關系、機器人運動學模型參數以及機器人基坐標系是現場校準的主要內容。通過設計中間靶標，利用激光跟

8、蹤儀直接測量的方法建立手眼關系，其轉換精度不受機器人運動學誤差影響；設立校準球體，實現基于距離不變模型的連桿參數現場快速校準；根據機器人正向運動學模型和激光跟蹤儀的測量，利用基于奇異值分解的配準方法求解轉換矩陣，高精度地建立機器人基坐標系。經過激光跟蹤儀一次校準后，測量系統可利用基準球體實現機器人快速在線校準，減小模型參數變化對測量系統精度的影響。柔性在線坐標測量系統由相對獨立的2部分組成,多自由度的工業(yè)機器人和安裝在機器人末端關節(jié)的立體視覺傳感器 ，測量過程為：當機器人接收到開始測量信號后，就按預先規(guī)劃的測量路徑帶動視覺傳感器運動，依次使被測點進入到傳感器的測量區(qū)域內，由視覺傳感器和測量主機

9、完成測量，測量結束后機器人回到初始狀態(tài)并發(fā)送測量完畢信號。2.3工業(yè)機器人位姿誤差建模機器人標定一般分4個步驟進行：建模、測量、辨識與補償。一般建模時就是把影響機器人精度的因素包含在機器人的運動學模型中，測量出機器人末端操作器的實際位姿，再與理論位姿相比較，得到機器人的位姿誤差，通過辨識的方法，獲得影響機器人精度的因素的大小，再用軟件的形式進行補償，從而提高機器人的精度在標定過程中，誤差建模與位姿的測量是緊密相關的用于機器人標定的測量儀器通常有激光動態(tài)跟蹤儀、經緯儀、三坐標測量機、CCD交互測量儀、隨動測量機構等。上述建模就工作量比較大且繁瑣。而，20世紀90年代，以Zhuang等人為代表，開

10、展了基于機器人手眼系統的機器人標定，并提出了攝像機與機器人同時標定的數學模型MCPC的運動學模型。該模型雖然克服了平行關節(jié)的問題，但由于現行的機器人，主要是基于DH模型進行運動控制的，因此還存在著參數之間轉換的問題大都假設機器人的基坐標系相對于測量系統坐標系是可準確測量的，沒有考慮機器人基坐標與測量系統的坐標之間的轉換誤差，而在實際的測量中，機器人的基坐標是很難準確測量的?；贒-H運動學模型，采用視覺測量機器人的三維姿態(tài)，考慮測量系統坐標與機器人基坐標之間的轉換誤差。 2.4工業(yè)機器人軌跡精度測量與加工規(guī)劃的研究機器人軌跡規(guī)劃就是根據作業(yè)任務的要求計算預期作業(yè)過程中機器人的位移、速度、加速度

11、。這里的軌跡主要是指每個自由度關節(jié)的位置、速度、加速度的時間序列。2.41基于三次五次插值的軌跡計算所謂三次五次復合插值：就是先取路徑上四個連續(xù)的點A、曰、C、D進行三次擬合獲得中間兩點日、C的速度、加速度，然后舍棄第一點，再順次取曰、C、D、E四個連續(xù)點進行三次擬合獲得前兩點B、C的速度、加速度。將兩次求的B、C點的速度、加速度取平均值作為B、C點的最終速度和加速度，加上B、C兩點的位移條件，共有6個已知條件，插值一條五次曲線。這樣，既保證了控制點的位移又保證了控制點導數連續(xù)，即在平滑性的基礎上獲得精確的數據點。2.42星型路徑規(guī)劃算法星型算法的主要思想是對機器人所在的空間進行分割，使其達到

12、一種理想的分割狀態(tài)。該方法中提出了一種結構星型節(jié)后，其定義為在 C空間中，取其一子空間，若在子空間中存在一點O，使O點可以看到子空間中的任意一點P，則這個子空間為星型空間。星型空間有一條很好的性質，即星型空間的任意亮點p,q可以通過點O，實現連通。這樣就將運動規(guī)劃問題的主體部分簡化為空間分割問題了。如果將C空間簡化到歐氏空間，將提高分割效率及結果的優(yōu)良性。3.結論目前工業(yè)機器人僅能在嚴格定義的結構化環(huán)境中執(zhí)行預定指令動作，對環(huán)境的感知與應變能力有待提高，這極大地限制了機器人的應用。僅僅只有視覺功能的工業(yè)機器人并不能滿足一些環(huán)境特別惡劣的地方。比如說深海，高熱的地方，都能影響到攝像機的圖像采集功

13、能從而是機器人變成“瞎子”而無法完成既定的任務。雖說現在已有很多的算法改進或者其它的。但工業(yè)機器人還是比較笨重，計算量還是比較大。而且軌跡跟蹤還是存在比較大的誤差?！緟⒖嘉墨I】：1. 王修巖.程婷婷.WANG Xiu-yan.CHENG Ting-ting 基于單目視覺的工業(yè)機器人智能抓取研究期刊論文-機械設計與制造2011(5)2. 崔彥平.林玉池.黃銀國 雙目視覺飛行目標落地參數測量期刊論文-光電工程 2007(8)3. 李召鑫.李海峰.鄭臻榮.劉旭 立體視覺測量系統的空間分辨力和結構參數設置期刊論文-光電工程 2012(1)4. Peter Findlay Intelligent Sys

14、tem for Automated Components Recognition and Handling 20025. 歲波;都東;陳強;孫振國 韓翔宇 基于雙目視覺的工業(yè)機器人運動軌跡準確度檢測期刊論文-機械工程學報2003(05)6. 王一;劉常杰;任永杰 通用機器人視覺檢測系統的全局校準技術期刊論文-光學精密工程 2009(12)7. 任永杰;邾繼貴;楊學友 機器人柔性視覺檢測系統現場標定技術期刊論文-機器人 2009(01)8. Tondu B;BAZAZ S A The three-cubic method: an optimal online robot joint trajec

15、tory generator under9. velocity, acceleration, and wandering constraints外文期刊 1999(09)10. .Galicki M The planning of robotic optimal motions in the presence of obstacles外文期刊 1998(03)11. Tondu B;BAZAZ A The Three-cubic Method: An Optimal Online Robot Joint Trajectory Generator UnderVelocity, Accelerat

16、ion and Wandering Constraints外文期刊 1999(09)12. TAN Guan-zheng;LIANG Feng;WANG Yue-chao Real-time Accurate Hand Path Tracking and Joint Trajectory Planning for Industrial Robots (I)期刊論文-Journal of Central South University of Technology(English Edition) 2002(03)13. Mezouar Y;CHAUMETTE F Optimal Camera

17、Trajectory with Image-based Control外文期刊 2003(10)14. 左富勇.胡小平.謝珂.朱秋玲 基于MATLAB Robotics工具箱的SCARA機器人軌跡規(guī)劃與仿真期刊論文-湖南科技大學學報（自然科學版） 2012(2)15. 凌家良.施榮華.王國才 工業(yè)機器人關節(jié)空間的插值軌跡規(guī)劃期刊論文-惠州學院學報 2009(3)16. 朱世強.劉松國.王宣銀.王會方 機械手時間最優(yōu)脈動連續(xù)軌跡規(guī)劃算法期刊論文-機械工程學報 2010(3)17. 劉松國.朱世強.吳文祥 具有運動時間約束的機械手最優(yōu)平滑軌跡規(guī)劃期刊論文-電機與控制學報 2009(6)18. .管

18、迪.陳樂生.李明林 機械手多約束條件下時間最優(yōu)運動規(guī)劃期刊論文-振動工程學報 2004(z2)19. 錢東海.馬文羅.汪建偉.王偉東.QIAN Dong-hai.MA Wen-luo.WANG Jian-wei.WANG We-dong 多約束條件下的機器人時間最優(yōu)軌跡規(guī)劃期刊論文-制造業(yè)自動化2011,33(11)20. 王一;劉常杰;任永杰 通用機器人視覺檢測系統得全局校準技術期刊論文-光學精密工程 2009(12)21. 任永杰;邾繼貴;楊學友 機器人柔性視覺檢測系統現場標定技術期刊論文-機器人 2009(l)22. 任永杰.邾繼貴.楊學友.葉聲華.REN Yong-jie.ZHU Ji-gui.YANG Xue-you.YE Sheng-hua 白車身柔性測量機器人本體補償方法期刊論文-光電工程2009,36(2)23. 黃晨華.張鐵.謝存禧 工業(yè)機器人位姿誤差建模與仿真期刊論文-華南理工大學學報（自然科學版）2009,37(8)24. 譚冠政.徐雄.肖宏峰.TAN Guan-Zheng.XU Xiong.XIAO Hong-feng 工業(yè)機器人實時高精度路徑跟蹤與軌跡規(guī)劃期刊論文-中南大學學報(自然科學版)2005,36(1)25. 王一，劉常杰，任永杰，等通用機器人