基于视觉伺服的三轴机械装置控制

摘要

自动化技术在制造业中的广泛应用，提高了产品质量，改善了劳动条件，减少了原料和能源的浪费，三轴机械装置在其中发挥了重要作用。而传统三轴机械装置只能根据规划的运动模式重复性的工作，这对于现在小批量多品种的加工方式变得尤为不便。为了使三轴机械装置对不同环境有更高的适应性，近些年基于视觉伺服的运动控制成为了研究热点。本文主要针对电子消费产品装配线的视觉检测，分析目前市场上三轴机械装置存在的不足，设计了基于视觉伺服的三轴机械装置运动控制方案。本文的主要内容包含三个模块：三轴机械装置运动控制方案总体设计、视觉定位和运动控制。
　　在三轴机械装置运动控制方案总体设计模块，三轴机械装置采用龙门架式的框架设计方案，使用运动控制卡和电机驱动器结合的运动控制方式。同时使用一台摄像机位于机械装置顶部，用于待检测目标的定位，另一台摄像机安装在Z轴上，用于视觉扫描和视觉反馈。通过两台摄像机配合，实现对待检测目标的精确定位和扫描识别。
　　在视觉定位模块，为了根据图像信息得到待检测目标在运动机构坐标系中的坐标。首先对视觉系统标定，获取图像坐标系到运动机构坐标系的变换关系。在获取待检测目标在图像中的坐标时，首先使用ORB（oriented FAST and rotated BRIEF）匹配算法在全局图像中定位模板图像的坐标和旋转角度，然后根据示教获取的模板图像与待检测点位之间的相对坐标计算出各点位在全局图像中的坐标。
　　在运动控制模块，本文首先介绍了运动控制卡和电机驱动器的参数配置，然后介绍了电机速度设置和运动脉冲计算。然后介绍了基于爬山法的自动对焦技术和基于遗传算法的路径规划。最后，根据待检测目标在扫描相机视野中的坐标作为视觉反馈，调整运动机构，确保待检测目标在扫描相机视野中。由于需要获取模板图像及其与待检测点位之间的相对坐标等先验信息，本文还设计了示教软件。
　　实验结果表明，本文设计的基于视觉伺服的三轴机械装置，能实现对不同高度、多点位待检测目标的精确定位。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 基于视觉伺服的运动控制研究现状

1.3 本文的主要工作及章节安排

第二章 三轴机械装置控制方案总体设计

2.1 三轴机械装置结构设计概述

2.2 三轴机械装置控制系统总体设计

2.3 三轴机械装置软件系统总体设计

2.4 系统总体工作流程

2.5 本章小结

第三章 基于特征点匹配的视觉定位

3.1视觉定位概述

3.2 视觉系统标定

3.3 基于模板匹配的视觉定位

3.4 基于ORB算法的视觉定位

3.5 基于梯度的条码定位算法

3.6 本章小节

第四章 基于视觉伺服的运动控制

4.1视觉伺服运动控制流程

4.2 伺服电动机运动控制

4.3 路径规划

4.4 自动对焦

4.5 本章小结

第五章 示教软件设计与实验分析

5.1 示教软件主要功能

5.2 示教软件工作流程

5.3 示教软件的设计与实现

5.4 实验分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的成果