【《机械臂工件抓取系统测试分析案例》2200字】

机械臂工件抓取系统测试分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u16507机械臂工件抓取系统测试分析案例 1271891.1工件抓取系统人机界面设计 152361.1.1目标检测人机界面功能 1116801.1.2多传感器融合测距人机界面 2122481.1.3机械臂路径规划及关节角状态监测界面 3162991.2工件抓取过程实验 31.1工件抓取系统人机界面设计本研究是基于智能制造生产线上的工件抓取，工业上讲究可视与可控，清晰的人机交互界面对于工业生产来说，显得尤为重要。本文将工件抓取系统分为四个模块，目标检测模块、多传感器融合测距模块、路径规划模块以及PID机械臂控制模块。各模块都需要对实施结果进行一定的监测才能保证整个系统稳定地完成任务，因此本章利用qt辅助设计工具，设计了工件抓取系统人机交互界面来对目标检测、多传感器融合测距、路径规划以及机械臂控制这四个模块进行检测与实施一定的控制手段。1.1.1目标检测人机界面功能目标检测的人机交互界面的功能主要有以下三个方面：选择待抓取工件的抓取顺序通过combobox控件进行下拉框中不同工件种类的选择来设置智能制造生产线上抓取工件的顺序，工件1，工件2⋯工件n每一个都与智能制造生产线上所加工的不同种类的工件相对应。摄像头画面的显示本研究使用了两个双目摄像头，其中一个双目摄像头是安装在机械臂末端执行器处，用于定位工件在工作台上的平面坐标以及测算机械臂末端执行器距工件的距离；另外一个摄像头是安装在工作台上的，在工作台上竖直向上观察机械臂的运动状态，通过对机械臂手爪作一定的图像处理算法来检测手爪抓取工件时的姿态。摄像头画面的显示界面如下图所示：图1.1末端执行器摄像头画面工作台上的摄像头对机械臂的检测画面的显示也与末端执行摄像头画面的显示类似。显示目标检测的结果以及状态目标检测的结果及状态如图1.2所示：图1.2目标检测的结果及状态界面当目标检测进行中时，机械臂会停止运行一段时间，此时在界面上可以反映目标检测是否在进行中；目标检测完成后，会在目标检测结果处显示标记框的位置以及大小参数，在机械臂末端执行器的摄像头画面中该标记框会框住目标工件。这样的可视化视窗的好处在于可以获得目标工件的位置检测结果，从而可以直观地安排抓取流程中的下一步工作，统筹整个系统的运行状态并且判断工件抓取是否发生异常，实时监测系统的运行状况。1.1.2多传感器融合测距人机界面多传感器测距人机交互界面用来显示各测距模块当前测距时刻以及前两个测距时刻和后三个测距时刻组成的测距数据组，还有各测距部分占融合测距的测距权重以及最终的测距结果，界面如图1.3所示：图1.3多传感器融合测距人机交互界面1.1.3机械臂路径规划及关节角状态监测界面结合工件目标检测及多传感器融合测距，可得目标工件所处的空间坐标，即机械臂末端执行器运行的终点，显示在工件抓取系统的人机交互界面上；再通过逆运动学即可得出机械臂各关节在终点时的角位移。然后对机械臂各关节做关节空间轨迹规划，得出各关节角位移、角速度以及角加速度关于时间的函数关系式，再按照一定的时间间隔均匀选取路径点，得出各关节所经过的路径点，记录在工件抓取系统人机交互界面上；最后在各个路径点之间对各关节实施模糊PID控制，此时各关节的角位移以及控制效果实时显示在系统界面上。上述系统界面如图1.4所示：图1.4机械臂状态界面1.2工件抓取过程实验工件抓取实验开始后，首先，择机械臂抓取工件的顺序，抓取顺序为[工件1,工件1,工件2,工件2,工件3,工件3,工件4,工件4]，该顺序可以由控制界面人工选择设置，也可由终端服务器通过读取加工工艺过程卡片获取。其次，作台上各部分进行初始化，相机是否需要重新标定，如果需要重新标定，需准备标定板开始标定实验；是否有新的工件类型进入系统，如果有的新的工件类型，则需将新工件样本加入样本集，传入云服务器中重新开始训练，生成目标模型；各传感器开始工作，获取工作环境的温度，光照强度等。初始工作完成之后，目标检测模块开始工作，检测出当前待抓取工件的像素坐标，再结合相机内外参数进行运算得到其在笛卡尔标系下的平面坐标为(30,40)。从表3-3可以得出本系统的工件目标检测时间只需0.182s，检测准确度为98.8%，完全保证了抓取系统在检测待抓取工件时的快速性与精确性。整个系统界面如图1.5所示：图1.5基于机器视觉的工件抓取实验监测图目标检测完成之后，开始基于多传感器的融合测距计算，融合测距开始第一次测距测得距离结果如图1.6所示：图1.6多传感器融合测距结果图从表4.4和表4.5可以得出本文的测距方法在精度以及稳定性上也有了很大的提升，多传感器融合算法可以在更为复杂多变的环境下进行距离测量并有更大的测距范围。得到机械臂末端执行器运行终点的位置，通过机器人逆运动学得出六个关节最终的角位移，再应用五次多项式插值，得出各关节角位移关于时间的函数表达式，并均匀选取路径点。在路径点之间执行双闭环跟踪控制，外环为位置环，当融合测距结果大于20cm时，使用模糊PD控制，注重快速性；融合测距结果小于等于20cm时，使用模糊PI控制，注重精确度与稳定性。姿态环为外环，在机械臂运行过程中采集手爪法兰盘的姿态图像，以姿态算法得出机械臂手爪需要调整的方向。机械臂的运动控制模块不仅可以直观地得出机械臂的始末位置以及各路径点，还可以监测机械臂的控制情况，机械臂的控制状况如图1.7所示：图1.7各关节的状态值本文将整个工件抓取的流程集成到一个可视化抓取系统中，从选择抓取工件顺序到监测