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研究生: 謝宗恩
Tsung-En Hsieh
論文名稱: 六軸手臂自動循線運動系統開發
Development of 6-axis Robot Autonomous Line Tracking and Following System
指導教授: 林其禹
Chyi-Yeu Lin
口試委員: 劉孟昆
Meng-Kun Liu
林柏廷
Po-Ting Lin
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2018
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 62
中文關鍵詞: 自動循線機械手臂全自主作業線雷射系統
外文關鍵詞: Line tracking, Robot autonomous, Laser system
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本研究目的在開發出一套,以三條線雷射與一台攝影機建構架設於機械手臂法蘭面之自動循線系統,此系統可用於即時偵測三維曲面上之非特定軌跡線,並全自動引導機械手臂執行循線運動,藉以執行特定加工任務,使機械手臂可免於執行任務之事前教導作業。
自動循線系統部分,首先攝影機進行校正完後,予以線雷射與攝影機之關係校正,其校正過程將使單條線雷射投射至水平作用面,並於不同深度位置,針對雷射線與黑白校正板進行取像,分別對三條線雷射進行此動作,即可於後續分析導出三條線雷射與攝影機之深度關係式。透過攝影機與機械手臂之關係校正,即可將自動循線系統計算之三維資訊,用於引導機械手臂執行相關任務。
為驗證此系統的精確度,本研究進行三項實驗,分別為三轉軸之估算分析、空間作用偏移量之分析、和實際引導手臂作業之偏移量分析等。
轉角之估算分析將會使自動循線系統,於單一轉軸之不同角度,對固定平面之特定軌跡線與黑白校正板進行取像,分別對三轉軸進行此動作,即可分析出此系統於三轉軸之角度估算誤差。空間作用偏移量之分析,即針對空間已知一條直線,進行自動循跡,並將計算之三維資訊,與已知的三維資訊作分析,以得三維空間系統估算之偏移量。
最終設置三維空間上之軌跡線,並利用自動循線系統,引導機械手臂執行特定任務,於本實驗設置為塗膠任務。當機械手臂被引導完成塗膠任務後,其被作用樣本將與被作用前樣本進行比對,即可得系統於實際引導手臂作業之偏移量。


The purpose of this study is to develop a 6-axis Robot Autonomous Line Tracking and Following System with three line lasers and a camera. The system can autonomously follow and track a 3D line and thereby conduct some processing by robot arm without time-consuming teaching tack.
In the autonomous line tracking system, we must conduct some calibration. First, we need to perform camera calibration. Second, let the camera plane be parallel to the working space, which is the same plane with the check board. Then project a line laser on the working space and take images in different depths of camera and working space for calibrating the relationship of the line laser and the camera. By the relationship between the line laser and the camera, the calibration performed on each line laser can get three equations to calculate the depth of the camera and the working area. By calibration of the camera and the tool coordinate, the vision system can connect to the robot arm to conduct some processing on the line tracking.
Some experiments are conducted to prove the system accuracy, on the three-axis rotation calculate errors, the work point deviation in 3D space, and the gluing result deviation.
In the three-axis rotation calculation error analysis, only the work on one axis is independently conducted in each experiment. To take the image on the checkboard in difference angle, we can get the system slope in the 3D space. By comparing two values from the checkboard and the vision system, we can get the three-axis rotation calculation error.
On the work point deviation analysis, we need to generate the 3D model of a line in 3D space. Using the tracking system to scan the line to get the work points. After comparing the value of the 3D model and the real work points, we can calculate the deviation between the work points and the track line.
In the gluing experiment, we can compare the gluing result and the track line sample to get the deviation of the gluing accuracy.

摘要 Abstract 目錄 圖目錄 表目錄 第一章 緒論 1-1 研究動機 1-2 文獻回顧 1-2-1 焊接姿態評估 1-2-2 應用結構光投影之三維量測與循跡技術 1-2-3 自動焊道追蹤系統 1-3 研究目的 1-4 本文架構 第二章 視覺系統原理和校正 2-1 成像原理 2-2 相機校正參數 2-2-1 內部參數 2-2-2 變形參數 2-2-3 外部參數 2-3 基於線雷射之深度校正 第三章 工業手臂座標轉換與視覺伺服 3-1 工業手臂座標之轉換 3-2 視覺伺服座標之轉換 第四章 六軸手臂自動循線運動系統介紹 4-1 雷射系統介紹 4-1-1 相機校正 4-1-2 雷射系統校正 4-1-3 曝光值調節應用 4-1-4 空間位置計算 4-2 系統座標系與控制介紹 4-2-1 相機座標系與工具座標系之校正 4-2-2 基於手臂座標系之控制 4-2-3 機械手臂運動速度調節 4-3 系統作動流程說明 4-4 系統效能評估 4-4-1 系統角度估算分析 4-4-2 系統深度誤差分析 4-4-3 空間作用點偏移量分析 4-5 系統應用限制 4-5-1 欲追循軌跡之曲率限制 4-5-2 過於強烈之環境光源 第五章 自動循線運動系統引導六軸手臂塗膠實現 5-1 塗膠實作說明 5-1-1 膠內殘存氣體 5-1-2 不穩定之壓力 5-1-3 塗膠配件之選用 5-1-4 塗膠技術注意事項 5-2 塗膠實驗執行 5-2-1 二維平面塗膠執行 5-2-2 三維曲線塗膠執行 5-3 塗膠實驗結果分析 5-3-1 二維平面實驗結果分析 5-3-2 三維曲線實驗結果分析 5-4 自動循線運動系統於塗膠應用之討論 第六章 結論與未來展望 6-1 結論 6-2 未來展望 參考文獻

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