六自由度机器人装配技术是一项具有广泛应用前景的前沿技术,面对现代生产制造模式定制化、小批量的特点及市场多元化需求,传统的示教型工业机器人装配已经不能适应这种复杂未知的装配环境,需要实现机器人智能装配、协作装配,赋予机器人感知、决策、执行一体化功能。本文将以六自由度操作机器人轴孔装配为研究对象,基于单目相机、深度相机传感器,从环境感知视觉系统的搭建与标定、基于环境感知视觉系统的相机位姿估计及三维重建、六自由度操作机器人运动规划三方面来展开研究。1.环境感知视觉系统的搭建与标定。首先,针对半封闭空间内部轴孔装配此类场景,将Kinect v2云台视觉系统和EIH（Eye-in-Hand）单目视觉系统结合,搭建环境感知视觉系统;其次,对两种视觉系统进行标定,得到Kinec v2相机坐标系相对于机器人基坐标系、单目相机相对于六自由度操作机器人第六轴坐标系的变换矩阵;最后,对Kinect v2相机、单目相机两种相机传感器进行标定,结果表明,Kinect v2相机的彩色镜头相对于红外镜头的变换矩阵在x方向上的相对误差为0.53%,单目相机内参的平均相对误差为1.66%。2.基于环境感知视觉系统的三维重建。本章方法如下:将三维重建方法运用到半封闭空间内部轴孔装配此类场景,为机器人提供障碍物和装配目标三维位姿信息。首先,基于 SLAM（Simultaneous Localization And Mapping）框架和 Kinect v2 云台视觉系统,完成半封闭空间外部三维点云的构建;其次,以单目视觉SLAM算法和SFM（Structure From Motion）算法相结合的方式,解决深度相机无法进入半封闭狭小空间内部的问题,完成单目相机的定位,避免机器人在获取半封闭空间内部环境时与其发生碰撞,并完成半封闭空间内部三维点云的构建;最后,通过实验验证本文三维重建方法可行有效。3.六自由度操作机器人运动规划算法研究。所提方法如下:首先,基于行为动力学理论,建立机器人末端执行器位置、姿态动力学模型,并针对模型中的速度项进行改进,仿真对比结果表明,改进后可以实现速度的自适应变化且更加平滑;其次,在机器人关节和连杆上分别设置固定控制点和浮动控制点,保证连杆和关节不和障碍物发生碰撞;最后,将行为动力学模型和碰撞检测算法融合,仿真和实验结果表明,本文提出的运动规划方法在给定起始位姿和目标位姿时,可以生成一条无碰撞路径,且实现了末端执行器速度自适应变化。4.模拟半封闭空间轴孔装配实验。首先,利用环境感知视觉系统的标定结果和三维重建结果,完成坐标转换,求解得到了模拟半封闭空间外部的局部目标点和目标孔中心点相对于机器人基座标系的位姿转换矩阵;其次,设计实验方案,搭建模拟半封闭空间内轴孔装配的实验平台;最后,利用本文提出的六自由度操作机器人运动规划算法,完成半封闭空间内部的轴孔装配实验。