轧钢机轧辊视觉引导装配机器人系统设计.docx

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摘要

伴随着我国经济技术的高速发展，机器人技术也正在逐步应用于现代化的工业生产之中。而装配作为制造业中的重要一环，虽然已经有大量机器人应用于装配作业领域，但大多数机器人都是基于位置进行控制的，需要不断地调试，对物体位置和工作环境都有要求。采用视觉引导技术以计算机视觉技术为基础，采用相机对图像进行获取并经计算机处理用以模拟人类视觉功能对图像的分析，然后根据分析结果控制机器人完成相应的任务。

轧钢机轧辊视觉引导装配机器人系统设计共分为底部导轨运送、轧辊顶升调节、视觉捕捉三大系统。底部导轨运送系统主要是为了设计出适合导轨完成对指定目标的推送任务，利用液压装置作为动力源，设计可以分别承载轧辊以及左右侧轧辊座的推送小车沿导轨实现各个推送任务；轧辊顶升调节系统主要为实现轧辊的上下移动调节来完成与两侧轧辊座的对接，采用三相异步电动机和涡轮蜗杆升降机的组合来实现上下调节，利用杠杆原理使轧辊沿竖直方向移动；视觉捕捉系统将采用激光测量仪光学系统来对轧辊位置进行分析，确定顶升调节系统的运动距离与方向。该课题中轧钢机轧辊视觉引导装配机器人系统设计利用UG三维绘图软件进行零件建模，形象的展示了机器人的整体结构以及零件的结构。此外利用UG三维绘图软件的有限元分析、运动仿真等功能对零件受力分析和对整体进行动作仿真，为虚拟情况下进行模拟，优化设计结构奠定基础。

关键词轧钢机轧辊装配视觉引导装配机器人

绪论

装配机器人国内外研究现状

国外研究现状

产品制造过程中使用装配机器人可提高装配质量，装配机器人使用自动化组装系统，在工作过程中科学的调配各控制系统[1]。装配机器人对提高制造业水平,完成劳动力转型,提高国家工业发展水平具有不可或缺的作用，所以装配机器人的发展在近些年非常迅速。

国外的机器人技术较为成熟，机器人产业发展较早，现已经形成了包含研发、制造、应用和售后等各环节完整

产业链。其中最具代表性的四大家族为：日本的FANUC和安川，瑞士ABB，德国KUKA[2],其中日本企业表现最为出色。目前，日本应用的装配机器人主要型号有垂直坐标型、水平多关节型、垂直多关节型及圆柱多关节型等。据日本产业机器人协会的预测，在日本制造业，装配机器人的需求逐年上升[3]。

国内研究现状

目前国内自主研发的装配机器人大多为执行简单控制下的特定零件装配[4]。上海交通大学研制出我国首台基于

SCARA的高速、高精度装配机器人“精密一号”[5]。在本文要研究的课题之中，对于轧钢机轧辊装配的机器人已经有类似的产品，但同样只能完成简单控制下的装配。从轧辊的更换到轧辊的装配完成，都需要人为的调试与控制对接，机器人无法自主的完成相应的所有工作，严重影响着生产效率。

国内外对视觉引导研究现状

视觉引导国外研究现状

视觉引导是以计算机视觉技术为基础，将相机获取到的图像信息经过计算机的处理，模拟人类的视觉功能对图像的内容进行分析，并根据分析结果进一步控制相应的设备到相应的位置完成指定的任务[6]。机器视觉技术的最新进展可以实现满足一般工业要求和特定装配工艺要求的自动化解决方案[7]。

在国外，已经有许许多多的学者与科技型企业对机器人末端与视觉系统之间的手眼关系展开了探索与研究。

Hill与Par首次提出了“视觉伺服”这个术语[8]。后来又经过一系列在此基础上得研究，到如今，国外在机器人视觉领域因为起步较早，技术成熟，在装配行业已经大量的应用。例如，2015年，ABB公司发布了世界上第一款满足人机安全协作的YuMi机器人[9]，其利用视觉引导实现自动抓取这些置放不整齐的零件，然后通过“双手”完成电子元件的装配任务，能够符合电子行业对柔性生产和灵活制造的需要。Li.Y.F研发的基于视觉引导的食品包装机器人，能够对传送带上位置任意的视频进行准确拾取并包装[10]。

视觉引导国内研究现状

国内机器人视觉技术的发展与研究比发达国家要晚一些，但近几年发展迅速，也获得了一些科研成果。国内领先的工业机器人厂商包括隶属于我国科技院的新松机器人自动化有限公司，南京埃斯顿自动化等。新松自主研发的6kg/10Kg机器人SR6C/SR10C系列，该系列机器人机械结构紧凑、性能稳定可靠、大幅度地优化了占用空间，专为高精度、高速度的装配、搬运和焊接等工业应用领域打造。埃斯顿自主研发的ER170-2605系列大负载工业机器人，集成了高速控制技术，实现了灵活性和多样性的最大化，具有与国外工业机器人相关技术同步发展的技术优势[11]。虽然国内陆陆续续的推出了自己的机器人视觉系统，但总体上相比于国外，我们无论在理论成果上还是在实际应用经验上都存在着很大的差距，对检测定位、外观、瑕疵、视觉控制等方法的掌握还需进一步