工业机器人实时定位追踪与动态抓取系统的调试(附件)【字数：6264】
在工业工作上想要使机器人完成定位和抓取任务往往使用示教方式，如果改变物体在工业上的位置，那么就没法完成定位和抓取。所以本次设计是在机器人视觉系统上引入视觉信息并控制机器人。本文主要有五个步骤:1:简单介绍了工业机器人视觉定位和抓取的原理。机器人视觉定位和抓取有哪些系统组成。2:在总体方案中分别了系统的总体设计、图像处理和采集设计、机器人通信和上位机设计、机器人定位和抓取方案设计。3:图像的采集，先定位抓取像素坐标并结合参考系，用摄像机来得到这个参考系下的坐标值，再用手眼标定这个方法把矩阵转移到基坐标实现机器人视觉定位。4:在工件上把视觉定位程序调用出来，用套接字解决机器人通信。5:工件抓取点位置数据被机器人分析出来用以实现引导机器人移动到抓取点，在配置IO板和信号，利用IO信号控制机器人完成抓取和放置。
目录
引言 1
一、工业机器人定位追踪与动态抓取的原理 2
（一）认识工业机器人视觉定位追踪 2
（二） 认识工业机器人动态抓取 2
二、设计系统总体方案 2
（一） 系统的总设计 2
（二） 图像采集和处理的方案设计 4
（三）设计机器人通信和上位机 4
（四）设计定位和抓取 4
三、图像采集和处理 4
（一）视觉系统的硬件设备 4
（二）机器人手眼标定 5
（三）定位工件的抓取点 5
（四）导出视觉程序 10
四、机器人通信和视觉 10
（一）设计人机交互界面 10
（二）工件视觉定位程序的调用 11
（三）套接字通信 12
五、机器人定位和抓取 13
（一）机器人系统硬件 13
（二)创建机器人工作站 16
（三）机器人编程 17
总结 20
参考文献 21
致谢 22
引言
在1970年时期，我国工业机器人刚刚起步，在往后的二十余年的发展史中，基本有三个阶段时期。七十年代、八十年代和九十年代，分别是萌芽时期、发展时期和试用时期。自我国在七十年代发射完人造卫星后，工业机器人在 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
世界出现第一个高潮时期；到了八十年代，高新技术发展迅速，我国机器人的研究受到了国家的重视。国家在“七五”期间对工业机器人投入了大量的资金用于对其技术的攻关研究，完成工业机器人示教的开发，也研究出来了搬运、喷涂等机器人。工业机器人主要应用在生产线上工作，不论是机械制造、还是机械装备、加工等等显著的提高产品的工业质量，还可以减少劳动力的输出，代替人工操作更加危险的工作。
一、工业机器人定位追踪与动态抓取的原理
（一）认识工业机器人视觉定位追踪
1.机器人视觉定位系统构成部分
（1）见下图10所示，机器人的末端有摄像机和喷涂工具等，摄像机能完全拍摄工件并呈现在图像上。机器人系统主要有控制系统和摄像机系统两部分组成。
（2）摄像机系统：组成由采集系统、摄像机、计算机，三部分组成，主要负责图像采集。
（3）控制系统：机器人末端的位置主要由控制系统来控制，再经过工作的摄像机进行拍摄并把拍摄到的图像进行识别提取跟踪特征，进行数据的识别和计算。
/
图10喷涂机器人
视觉定位系统的工作原理
选择一个物体进行跟踪，拍摄跟踪物体的图像，在这个图像中建一个坐标系，这部分相当于是学习的过程。当这个过程结束时，提取图像跟踪的特征进行计算，再通过机器人运动学解决机器人的关节位置。用这种方法能消除机器人误差和调整机器人位置和姿态，就解决了机器人实际位置和理想位置的偏差，还能改善机器人定位精度。
认识工业机器人动态抓取
1.组成部分
主要由机器人、开发件模块、编码器和传送带组成。
2.动态抓取工作原理
先用电机上的编码器对其位置进行计算，然后在传送带开始转动时，编码器跟着运行并接收脉冲信号，将此信号传送机器人控制器内部，就可以测量物体在传送带上的距离，最后再定位坐标进行补偿就可以完成动态抓取。
二、设计系统总体方案
系统的总设计
利用机器人视觉实现抓取点定位的方法就是视觉引导机器人定位抓取系统，互联网上的数据传输至工业机器人上，这些数据信息引导机器人实现抓取工作。见下图11所示，由图可知，工业机器人、机器人视觉、上位机和抓取目标这四个是组成工业机器人的基本框架结构。这四部分各有各的结构和用处。其中的机器人视觉主要作用是通过图像的采集和处理实现视觉上的一个定位。上位机是通过互联网给工业机器人发送抓取点位置数据信息。最后机器人接受到了信息引导并控制机器人运动，完成抓取任务。
/
图11系统的主要框架
机器人定位和抓取、上位机和机器人通信、图像处理和采集这三个部分是实现视觉引导机器人定位和抓取的主要系统。见下图12系统的框架，使用图像采集质量比较高的图像，再使用图像处理对采集到的图像进行定位，再将此定位发送到基坐标下实现机器人对抓取点的的一个定位，以后使用上位机以互联网形式发送定位程序，通过套接字接受程序并发送到机器人上，机器人接受程序实现通信双方状态。最后这些数据引导机器人运动，再通过IO信号控制，使机器人实现对工件的放置和抓取。
/
图12总体的框架
图像采集和处理的方案设计
主要作用是对工件图像和标定板的一个采集，后期经过软件处理获得抓取点。系统我们使用HALCON视觉软件进行只处理图像。对于坐标系来说采集的图像进行处理就可以获得抓取点。所以，机器视觉软件在定位到抓取点之前，需要完成机器人手眼标定。而目的是通过机器人和相机两者的关系实现抓取。
（三）设计机器人通信和上位机
上位机有程序和人机交互设计两种。人机交互设计的界面要显示工件抓取点坐标、上位机IP信息、视觉定位过程。在上位机上编写程序并引导程序集，再将开发的视觉程序用C语言添加到上位机中调动程序调用抓取。再以上位机为服务器，软件作为机器人客户端。上位机接受到连接的请求，软件发送请求，上位机接受到请求后双方会建立一个通信连接。
（四）设计定位和抓取
机器人有硬件和软件这两种设计方案。硬件设计方案有IO信号和IO板。软件设计方案也分两种，一种机器人编程另一种机器人系统设计。在相关的工作站配置系统，能执行机器人相关指令。在站台建立一个机器人模型让机器人可视化，之后在虚拟仿真创建模型控制器并在控制器上定义坐标系。然后编写程序时期机器人和上位机能够通信。软件为客户端。最后，按照之前规定好的传输协议分析其坐标，再将分析的坐标值传输到机器人工件抓取点处，通过IO信号控制机器人对工具的抓取和放置。
三、图像采集和处理
目录
引言 1
一、工业机器人定位追踪与动态抓取的原理 2
（一）认识工业机器人视觉定位追踪 2
（二） 认识工业机器人动态抓取 2
二、设计系统总体方案 2
（一） 系统的总设计 2
（二） 图像采集和处理的方案设计 4
（三）设计机器人通信和上位机 4
（四）设计定位和抓取 4
三、图像采集和处理 4
（一）视觉系统的硬件设备 4
（二）机器人手眼标定 5
（三）定位工件的抓取点 5
（四）导出视觉程序 10
四、机器人通信和视觉 10
（一）设计人机交互界面 10
（二）工件视觉定位程序的调用 11
（三）套接字通信 12
五、机器人定位和抓取 13
（一）机器人系统硬件 13
（二)创建机器人工作站 16
（三）机器人编程 17
总结 20
参考文献 21
致谢 22
引言
在1970年时期，我国工业机器人刚刚起步，在往后的二十余年的发展史中，基本有三个阶段时期。七十年代、八十年代和九十年代，分别是萌芽时期、发展时期和试用时期。自我国在七十年代发射完人造卫星后，工业机器人在 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
世界出现第一个高潮时期；到了八十年代，高新技术发展迅速，我国机器人的研究受到了国家的重视。国家在“七五”期间对工业机器人投入了大量的资金用于对其技术的攻关研究，完成工业机器人示教的开发，也研究出来了搬运、喷涂等机器人。工业机器人主要应用在生产线上工作，不论是机械制造、还是机械装备、加工等等显著的提高产品的工业质量，还可以减少劳动力的输出，代替人工操作更加危险的工作。
一、工业机器人定位追踪与动态抓取的原理
（一）认识工业机器人视觉定位追踪
1.机器人视觉定位系统构成部分
（1）见下图10所示，机器人的末端有摄像机和喷涂工具等，摄像机能完全拍摄工件并呈现在图像上。机器人系统主要有控制系统和摄像机系统两部分组成。
（2）摄像机系统：组成由采集系统、摄像机、计算机，三部分组成，主要负责图像采集。
（3）控制系统：机器人末端的位置主要由控制系统来控制，再经过工作的摄像机进行拍摄并把拍摄到的图像进行识别提取跟踪特征，进行数据的识别和计算。
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图10喷涂机器人
视觉定位系统的工作原理
选择一个物体进行跟踪，拍摄跟踪物体的图像，在这个图像中建一个坐标系，这部分相当于是学习的过程。当这个过程结束时，提取图像跟踪的特征进行计算，再通过机器人运动学解决机器人的关节位置。用这种方法能消除机器人误差和调整机器人位置和姿态，就解决了机器人实际位置和理想位置的偏差，还能改善机器人定位精度。
认识工业机器人动态抓取
1.组成部分
主要由机器人、开发件模块、编码器和传送带组成。
2.动态抓取工作原理
先用电机上的编码器对其位置进行计算，然后在传送带开始转动时，编码器跟着运行并接收脉冲信号，将此信号传送机器人控制器内部，就可以测量物体在传送带上的距离，最后再定位坐标进行补偿就可以完成动态抓取。
二、设计系统总体方案
系统的总设计
利用机器人视觉实现抓取点定位的方法就是视觉引导机器人定位抓取系统，互联网上的数据传输至工业机器人上，这些数据信息引导机器人实现抓取工作。见下图11所示，由图可知，工业机器人、机器人视觉、上位机和抓取目标这四个是组成工业机器人的基本框架结构。这四部分各有各的结构和用处。其中的机器人视觉主要作用是通过图像的采集和处理实现视觉上的一个定位。上位机是通过互联网给工业机器人发送抓取点位置数据信息。最后机器人接受到了信息引导并控制机器人运动，完成抓取任务。
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图11系统的主要框架
机器人定位和抓取、上位机和机器人通信、图像处理和采集这三个部分是实现视觉引导机器人定位和抓取的主要系统。见下图12系统的框架，使用图像采集质量比较高的图像，再使用图像处理对采集到的图像进行定位，再将此定位发送到基坐标下实现机器人对抓取点的的一个定位，以后使用上位机以互联网形式发送定位程序，通过套接字接受程序并发送到机器人上，机器人接受程序实现通信双方状态。最后这些数据引导机器人运动，再通过IO信号控制，使机器人实现对工件的放置和抓取。
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图12总体的框架
图像采集和处理的方案设计
主要作用是对工件图像和标定板的一个采集，后期经过软件处理获得抓取点。系统我们使用HALCON视觉软件进行只处理图像。对于坐标系来说采集的图像进行处理就可以获得抓取点。所以，机器视觉软件在定位到抓取点之前，需要完成机器人手眼标定。而目的是通过机器人和相机两者的关系实现抓取。
（三）设计机器人通信和上位机
上位机有程序和人机交互设计两种。人机交互设计的界面要显示工件抓取点坐标、上位机IP信息、视觉定位过程。在上位机上编写程序并引导程序集，再将开发的视觉程序用C语言添加到上位机中调动程序调用抓取。再以上位机为服务器，软件作为机器人客户端。上位机接受到连接的请求，软件发送请求，上位机接受到请求后双方会建立一个通信连接。
（四）设计定位和抓取
机器人有硬件和软件这两种设计方案。硬件设计方案有IO信号和IO板。软件设计方案也分两种，一种机器人编程另一种机器人系统设计。在相关的工作站配置系统，能执行机器人相关指令。在站台建立一个机器人模型让机器人可视化，之后在虚拟仿真创建模型控制器并在控制器上定义坐标系。然后编写程序时期机器人和上位机能够通信。软件为客户端。最后，按照之前规定好的传输协议分析其坐标，再将分析的坐标值传输到机器人工件抓取点处，通过IO信号控制机器人对工具的抓取和放置。
三、图像采集和处理
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