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硕 士 学 位 论 文

基于视觉信息的工业机器人搬运技术研究


学 位 申 请 人： 贾晓敏
指 导 教 师： 张明柱 教授
学 科 专 业： 机械设计及理论
学 位 类 别： 工学硕士


2013 年 5 月
论文题目： 基于视觉信息的工业机器人搬运技术研究
专 业： 机械设计及理论
研 究 生： 贾晓敏
指导教师： 张明柱 教授
摘 要
视觉是人类获得外部信息快速而又高效的手段，同理机器视觉系统中的摄像
机相当于机器人的眼睛，可以对目标物体定位并获得相关的数据信息，既改善了
机器人的自主能力，又提高了机器人的灵活性。随着社会的快速发展，工业机器
人已经越来越多地投入到工业生产中，为了加快搬运机器人的工作效率以及灵活
性，本文将机器视觉系统融入到机器人搬运系统中，从而开发了基于视觉信息的
机器人搬运系统。
本文先分析了机器视觉系统，通过比较透镜畸变的影响之后选择具备透镜径
向一阶畸变的针孔摄像机模型，采用径向排列约束法求解出摄像机的内、外部参
数；根据课题的研究要求和试验条件，开发了基于 VC++的图像采集系统；经过
比较图像灰度化的几种方法，最后采用加权平均法进行图像灰度化；经过试验比
较后，采用分段线性变换和中值滤波算法进行图像预处理，这样具有更好的边缘
保持性；在特征参数提取方面，采用最大类间方差法对图像分割，然后采用
Canny 算子提取出物体边缘，最后在圆的两条弦相交特性的基础上改进算法，顺
利地提取出物体质心的数据。
研究开发了机器人搬运控制软件。首先，研究了计算机和机器人之间的通讯
原理，包括分析通讯协议中通讯帧格式、错误校验方法、传递接收命令文件的协
议。经过比较 VC++编程语言开发串行通信的四种方法之后，选择利用第三方软
件编写了通信类。其次，将机器视觉系统融入到机器人搬运系统中，开发出了基
于视觉信息的机器人搬运系统，重点开发了搬运控制系统。分析了 Motoman 机
器人 Motocom32 通讯软件的功能和应用，在此软件的基础上开发了搬运控制软
件。最后，将视觉系统和搬运控制系统连接起来，共同构建成基于视觉信息的机
器人搬运系统，设计了该系统的工作界面，使得系统操作起来合理、方便。
本文从机器视觉系统、通讯协议、搬运控制软件三个主要方面，设计和开发
了基于视觉信息的机器人搬运系统，实现了图像采集、处理、提取特征参数和搬
运控制的一体化系统，经过试验调试，机器人能按程序正确执行任务，结果表明
设计方案可行。
I
关 键 词：机器视觉，视觉系统，搬运机器人，搬运控制软件
论文类型：应用研究









II
Subject: Handling technology research of industrial robots based
on visual information