鋼桶視覺的機器人螺紋蓋裝配技術（6）-結論與展望

文/徐超

第六章  結論與展望

6.1  論文總結

本文針對鋼桶生產流水線上鋼桶螺紋蓋裝配存在人工操作效率低，工作量大，裝配質量難以保證的問題，對鋼桶螺紋蓋的自動化裝配技術展開研究，提出了一種基于視覺的機器人鋼桶螺紋蓋自動化裝配系統。該系統采用工業機器人結合機器視覺技術，并通過自行設計開發專用末端執行器，實現了鋼桶螺紋蓋定位、抓取、搬運及螺紋旋緊的過程，提高了鋼桶生產流水線的自動化程度，實現了鋼桶螺紋蓋的自動化裝配。本文具體的研究內容及成果如下：

1、鋼桶螺紋蓋裝配系統總體方案

首先對鋼桶螺紋蓋的裝配需求進行分析，結合目前工業自動化的發展趨勢，提出采用工業機器人結合機器視覺代替人工進行鋼桶螺紋蓋裝配的總體方案；通過對比分析確定了基于位置的單目Eye-to-Hand視覺控制方案和基于扭矩控制的螺紋裝配方案，同時對系統涉及到的相關硬件進行選型，最后確定鋼桶螺紋蓋自動化裝配系統的動作流程。

2、鋼桶螺紋蓋位姿識別算法

研究了圖像處理的相關內容，提出了一種鋼桶螺紋蓋位姿識別算法，首先對鋼桶螺紋蓋圖像進行預處理，然后對處理后的圖像進行形態學孔洞填充，并基于腐蝕型形態學梯度提取鋼桶螺紋蓋的外輪廓曲線，從而進行中心定位。

對基于Hough變換的直線特征提取算法進行研究，分析了標準Hough變換進行直線特征提取時存在的問題，并針對這些問題提出了一種基于改進隨機Hough變換的直線檢測算法，通過不同環境下的直線特征提取的對比實驗，驗證了算法的有效性和優越性，最后將該算法用于鋼桶螺紋蓋內部直線特征提取，并根據直線的傾斜角度確定鋼桶螺紋蓋的擺放角度，從而獲得鋼桶螺紋蓋的完整位姿信息。

對攝像機成像幾何模型及內外參數進行研究，并對工業上常用的手眼標定算法進行介紹，確定了采用九點法進行視覺系統手眼標定。

3、末端執行器的設計開發

根據鋼桶螺紋蓋自動化裝配系統的總體方案，并結合鋼桶螺紋蓋的結構特征，設計開發了一種用于鋼桶螺紋蓋裝配的專用末端執行器，該末端執行器擁有獨立的動力源，并內置扭矩傳感器，實現了鋼桶螺紋蓋的拾取和定扭矩裝配，同時對機器人工具參數標定算法展開研究，確定了采用TCP多點標定法進行機器人工具參數標定，通過對80mm標準尖點進行TCP多點法標定，對算法的準確性和精度進行驗證。

4、系統上位機軟件的開發及相關程序的編寫

針對鋼桶螺紋蓋的裝配要求，并結合系統的總體方案，基于Visual Studio 2010開發平臺，采用C#高級編程語言，通過模塊化的編程方式，編寫了鋼桶螺紋蓋自動化裝配系統的上位機軟件，將上位機軟件分為通訊模塊、標定模塊、圖像采集模塊和圖像處理模塊四大部分，系統界面簡潔，方便操作；同時編寫了機器人運動控制程序和末端執行器控制程序，實現了上位機與兩個下位機之間的通訊，為鋼桶螺紋蓋自動化裝配提供了軟件基礎。

5、實驗驗證

在確定了鋼桶螺紋蓋自動化裝配系統的總體方案、相關硬件，并編寫了系統上位機及下位機程序的基礎上，搭建了鋼桶螺紋蓋自動化裝配系統仿真實驗平臺，通過手眼標定、TCP標定得到相關參數，在此基礎上進行了多次鋼桶螺紋蓋自動化裝配實驗，驗證了鋼桶螺紋蓋自動化裝配系統的有效性。

6.2  創新點

1、提出了一種基于工業機器人結合機器視覺技術的鋼桶螺紋蓋自動化裝配方案，降低了人工成本，提高了裝配效率和流水線的自動化程度。

2、提出了一種基于形態學的鋼桶螺紋蓋定位算法，通過該算法可以獲得鋼桶螺紋蓋的二維坐標信息。

3、針對標準Hough變換直線檢測在實際應用中存在的問題，提出了一種基于改進隨機Hough變換的直線檢測算法，在一定程度上提高了直線檢測效率，具有更好的魯棒性和抗干擾能力。

4、設計開發了一種用于鋼桶螺紋蓋自動化裝配的專用末端執行器，該末端執行器融合了垂直進給和抓取動作，具有獨立的動力源和扭矩反饋裝置，在一定程度上提高了鋼桶螺紋蓋的裝配效率。

6.3  展望

本文對鋼桶螺紋蓋自動化裝配技術展開了研究，通過自身的努力及導師的指導，取得了一定的成果，但是由于時間精力等原因，系統還有待進一步的完善，后續研究可以從以下幾個方面進行：

1、本文提出了基于視覺的鋼桶螺紋蓋自動化裝配系統，并在實驗室搭建了系統仿真實驗平臺進行實驗驗證，然而并沒有在工廠環境下進行實驗，后續還需要在實際工作環境下進行驗證，并逐步完善系統如添加光源等。

2、攝像機標定過程并沒有考慮相機的畸變因素，后續有待進一步研究以提高系統精度。

3、本文考慮成本的因素，末端執行器動力源選擇直流減速電機，后續可以改為伺服電機或步進電機，以提高系統精度。

4、本文對于鋼桶螺紋蓋自動化裝配系統的各個環節均進行編程，但是由于時間原因僅以實現功能為目標，沒有考慮代碼的簡潔行和高效性，后續有待進一步優化提高。