發(fā)布時間：2020-11-02 00:07

　　 隨著工業(yè)4.0時代的到來,智能制造在各行各業(yè)的作用越來越重要。機器人作為智能制造的重要工具之一,越來越受到各領(lǐng)域的青睞。船舶工業(yè)作為國家重要支柱,采用自動化、智能化造船技術(shù)將會大獲收益。機械臂作為機器人的一種,具有優(yōu)良的工作特性,尤其在造船業(yè)復(fù)雜、危險的工作環(huán)境下具有明顯的作業(yè)優(yōu)勢。船體分段余量劃線和切割是船舶分段建造的重要工序,人工進(jìn)行操作時存在勞動強度高、操作難度大、精度難控制等諸多問題,因此控制機械臂自動進(jìn)行船體分段余量劃線和切割任務(wù)意義十分重大。機器視覺作為機器人獲取豐富信息并進(jìn)行反饋和決策判斷的重要方式近年來發(fā)展迅猛,并取得了重大突破,已經(jīng)進(jìn)入了高速發(fā)展的時期。所以研究基于視覺的機械臂控制技術(shù)既是實踐需要也是行業(yè)趨勢。本文將以船舶分段劃線機械臂為研究對象、以機器視覺為反饋機制展開基于視覺的船舶分段劃線機械臂控制技術(shù)的研究和設(shè)計工作。首先,本文以實驗室船舶分段劃線機械臂為研究對象,論述分析了基于視覺的船舶分段劃線機械臂控制系統(tǒng)組成,確定了系統(tǒng)硬件總體方案,對系統(tǒng)核心部分圖像采集和圖像處理設(shè)備進(jìn)行了闡述和說明,并針對機械臂運動控制系統(tǒng)進(jìn)行了探究。然后,說明了通用機械臂位姿描述方法,并利用D-H方法建立了機械臂運動學(xué)模型,確立了相鄰關(guān)節(jié)單元的位姿變換矩陣,并對機械臂正運動和逆運動進(jìn)行了求解分析。針對船舶分段劃線機械臂結(jié)構(gòu)和工作的特殊性,提出了船舶分段劃線機械臂正逆運動具體求解方法。其次,探究了雙目立體視覺系統(tǒng)和三維重構(gòu)基本原理,并對攝像機標(biāo)定方法進(jìn)行了研究,深度探究了張氏平面模板法,進(jìn)一步利用張氏平面模板法對實驗室雙目相機進(jìn)行了標(biāo)定,求得相機內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)。另外,對雙目立體視覺中的匹配問題進(jìn)行了分析,通過對匹配約束的研究,給出了雙目立體視覺深度測量簡化形式視差與深度的關(guān)系。本論文最后也采用了視差與深度的關(guān)系進(jìn)行三維空間坐標(biāo)求取。最后,結(jié)合船舶分段劃線機械臂工作特性和雙目立體視覺系統(tǒng),對基于視覺的船舶分段劃線機械臂控制系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)流程設(shè)計和程序模塊設(shè)計,為船舶分段劃線機械臂智能劃線提供了新思路、新方法。該技術(shù)的研究不僅可以應(yīng)用到船體分段劃線還可以應(yīng)用到船體涂裝、切割等其他方面,為智能化造船提供參考。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP241;U671.99
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題背景及意義
    1.2 視覺機器人國內(nèi)外研究和發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.1 國外研究和發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究和發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 本論文研究內(nèi)容及安排
2 基于視覺的劃線機械臂控制系統(tǒng)組成
    2.1 系統(tǒng)硬件總體方案
    2.2 圖像采集處理系統(tǒng)
        2.2.1 雙目立體攝像機
        2.2.2 圖像處理器
    2.3 機械臂運動控制系統(tǒng)
    2.4 本章小結(jié)
3 劃線機械臂運動學(xué)分析
    3.1 機械臂位姿描述與坐標(biāo)變換
        3.1.1 位置表示
        3.1.2 方位表示
        3.1.3 位姿表示
        3.1.4 坐標(biāo)變換
    3.2 劃線機械臂建模及運動學(xué)分析
        3.2.1 機械臂運動學(xué)分析
        3.2.2 劃線機械臂模型
        3.2.3 劃線機械臂運動分析
    3.3 本章小結(jié)
4 雙目立體視覺系統(tǒng)原理與相機標(biāo)定
    4.1 雙目立體視覺基本概念及數(shù)學(xué)原理
        4.1.1 雙目立體視覺基本概念
        4.1.2 攝像機投影變換
        4.1.3 雙目立體視覺三維重建原理
    4.2 立體視覺匹配與約束
        4.2.1 立體匹配
        4.2.2 極線約束
        4.2.3 視差與深度
    4.3 雙目立體視覺攝像機標(biāo)定
        4.3.1 攝像機標(biāo)定方法
        4.3.2 雙目立體攝像機標(biāo)定實驗
    4.4 本章小結(jié)
5 基于視覺的船舶分段劃線機械臂控制系統(tǒng)設(shè)計
    5.1 系統(tǒng)流程及程序模塊設(shè)計
    5.2 劃線路徑
    5.3 誤差來源
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2866295