【摘 要】
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随着工业4.0成为全球范围内热议的话题,机器人行业迎来了蓬勃发展。如何满足更精确、更高效、应用场景更广的需求是如今机器人研究领域共同追求的课题。机器人装配技术在工业等多个领域发挥着重要作用,传统的并联机器人装配具有高精度、高承载能力的特点,但缺少自主性控制能力,且不能识别工作环境内的目标。本文通过视觉伺服控制实现对Stewart并联机器人的导航控制,增添了控制系统的自主性,同时为了提高机器人视觉伺
【基金项目】
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吉林省科技发展计划项目-“具有自主定位导航的大工件柔顺装配对接机器人”(项目编号:20200401130GX)
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随着工业4.0成为全球范围内热议的话题,机器人行业迎来了蓬勃发展。如何满足更精确、更高效、应用场景更广的需求是如今机器人研究领域共同追求的课题。机器人装配技术在工业等多个领域发挥着重要作用,传统的并联机器人装配具有高精度、高承载能力的特点,但缺少自主性控制能力,且不能识别工作环境内的目标。本文通过视觉伺服控制实现对Stewart并联机器人的导航控制,增添了控制系统的自主性,同时为了提高机器人视觉伺服控制的效率和精度,提出视觉伺服控制和力控制相结合的方法,实现了Stewart并联机器人控制精度的提升,进而完成机器人装配任务。本文结合吉林省科技发展计划项目-“具有自主定位导航的大工件柔顺装配对接机器人”(项目编号:20200401130GX),以提高机器人运动的控制性能为目标,针对传统机器人控制方法可视性较差、单一控制方式控制精度较低的问题,系统深入地开展了并联机器人视觉伺服控制和视觉-力结合控制方法研究。(1)针对大工件、高载重的工况需求,研究了Stewart六自由度并联机器人的运动控制。分析了Stewart平台运动学特点,并给出Stewart平台逆运动学解。并联平台在装配对接领域具有高精度、高载重的优势,满足任务工况下机器人的性能要求。(2)针对机器人自主定位导航问题,研究了机器人基于图像的视觉伺服控制方法。图像处理加入颜色空间转换的方法来提高识别目标物体的准确率,采用点特征作为图像特征信息,利用相机标定参数和像素坐标系与Stewart平台坐标系之间的相对关系推出图像雅可比矩阵,并将特征点像素的变化率转换到Stewart平台支杆的速度上,实现Stewart平台视觉伺服导航控制;Stewart平台在高载重工况下容易发生震荡现象,影响平台与相机的相对位置关系,且相机标定结果受光照条件影响较大,因此在相机标定精度不符合任务要求时,采用相机不标定的伺服控制方式驱动平台运动。基于非线性目标函数最小化理论得出平台支杆长度迭代式,采用动态拟牛顿法在线估算图像雅可比矩阵,实现平台无标定视觉伺服控制。(3)针对提高Stewart平台视觉伺服控制精度的问题,研究了Stewart平台视觉-力结合控制策略。基于Stewart平台面临的工况,避免平台接触力变化大和发生震荡给平台运动控制带来影响,力控制采用阻抗控制方法。视觉伺服完成平台导航控制,力控制对平台的位姿进行调整,提出了Stewart平台视觉-虚拟力结合控制方法,详细说明了虚拟力的确定方法。平台视觉-虚拟力结合控制策略优化了平台的运动性能,不仅增强了视觉导航控制的鲁棒性和自主性,同时也实现了工业智能化所需的柔顺对接操作需要。(4)利用Vrep仿真平台和Vs2019编译工具对提出的Stewart平台视觉伺服、结合控制策略的控制算法和系统通讯等内容进行编写和仿真验证,随后搭建Stewart运动控制实验平台,借助Qt creator设计了软件控制界面,实现控制可视化,最后完成平台视觉伺服控制实验和视觉-虚拟力结合控制实验,并对实验数据进行分析总结。本实验提高了并联机器人导航装配的效率和精度,为机器人在智能制造和工业生产领域的应用提供了技术支持。
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