可移动式码垛机器人的视觉引导与运动控制

摘要

传统的货物装卸依靠人力肩扛和小车拉，存在工人劳动强度大、工作效率低，另外工作环境往往具有粉尘，对工人身心健康影响大。使用码垛机器人的地方，多是机床上下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线等场合，并且采用的是固定式码垛机器人，限制了码垛机器人的使用场合。研究一种可移动式码垛机器人用来满足多场合的作业，实现对各种物体的搬运，对提高生产率和减轻人类繁重劳动都有有益作用，特别是在劳动力成本上升、机器人成本下降的时代背景下，有其现实意义。
　　本文研究的可移动式码垛机器人的执行机构主要由机器人本体模块、机械臂、摄像头及其支架组成，主要研究可移动码垛机器人的视觉引导与运动控制，构造出一套基于机器视觉的码垛系统。机器视觉引导系统、运动控制系统、无线传输与控制系统架构出了整个系统。其中，机器视觉引导系统采用双目相机采集工况信息，处理和分析图像后，得到物料堆的位置信息，为移动平台移近物料堆提供相关位移的数据，之后，再采集每一层物料袋的图像，并进行图像分割与三维定位，分别实现识别与定位每个物料袋，为执行码垛做准备；运动控制系统包括了移动平台的控制、摄像机位姿的控制、多自由度机械臂的控制，移动平台、摄像机、机械臂相配合，执行码垛、拆垛等既定动作；无线传输与控制模块起到了对可移动式码垛机器人远程控制的目的。全文的工作概括如下：
　　分析了可移动码垛机器人的视觉引导与运动控制要实现的功能及目的，并以此为基础设计了总体的实现方案，具体包括了硬件平台的配选工作和软件的总体设计方案；通过图像处理和立体视觉技术达到了识别和定位4种不同的物料袋；研究了本体模块和机械臂模块的运动控制；设计了基于DSP的三轴摄像机支架，实现了控制双目摄像机运动到指定位姿；通过坐标转换，将物料袋定位到机械臂坐标系下，并通过建立相应的机械臂模型，计算出逆运动学解，实现码垛的目的。讨论了码垛的路径优化问题，提出将模拟退火算法引入到码垛中，用于生成快速码垛的方案。最后，将研究出的码垛机器人的理论成果用代码形式表达，并结合硬件平台实现可移动码垛的整个过程。

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第一章 绪论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2 课题领域的研究现状与趋势

1.3主要内容及结构

第二章 可移动码垛机器人系统设计

2.1 码垛机器人本体模块

2.2 视觉模块

2.3 机械臂模块

2.4 无线传输与控制模块

2.5 本章小结

第三章 物料袋识别与三维定位

3.1 摄像机成像原理

3.2 双目摄像机标定

3.3双目图像校正

3.4 立体匹配

3.5 物料袋识别与定位研究

3.6 本章小结

第四章 码垛机器人运动控制技术

4.1 机器人本体的运动控制

4.2 视觉模块的运动控制

4.3机械臂模块运动控制

4.4 坐标变换与逆运算

4.5 本章小结

第五章 模拟退火算法优化码垛路径

5.1 模拟退火算法

5.2基于模拟退火算法的码垛路径优化

5.3自动码垛实验

5.4本章小节

第六章 结论与展望

参考文献

附录A 系统部分程序

致谢

攻读学位期间的研究成果