钢桶视觉的机器人螺纹盖装配技术（6）-结论与展望

文/徐超

第六章  结论与展望

6.1  论文总结

本文针对钢桶生产流水线上钢桶螺纹盖装配存在人工操作效率低，工作量大，装配质量难以保证的问题，对钢桶螺纹盖的自动化装配技术展开研究，提出了一种基于视觉的机器人钢桶螺纹盖自动化装配系统。该系统采用工业机器人结合机器视觉技术，并通过自行设计开发专用末端执行器，实现了钢桶螺纹盖定位、抓取、搬运及螺纹旋紧的过程，提高了钢桶生产流水线的自动化程度，实现了钢桶螺纹盖的自动化装配。本文具体的研究内容及成果如下：

1、钢桶螺纹盖装配系统总体方案

首先对钢桶螺纹盖的装配需求进行分析，结合目前工业自动化的发展趋势，提出采用工业机器人结合机器视觉代替人工进行钢桶螺纹盖装配的总体方案；通过对比分析确定了基于位置的单目Eye-to-Hand视觉控制方案和基于扭矩控制的螺纹装配方案，同时对系统涉及到的相关硬件进行选型，最后确定钢桶螺纹盖自动化装配系统的动作流程。

2、钢桶螺纹盖位姿识别算法

研究了图像处理的相关内容，提出了一种钢桶螺纹盖位姿识别算法，首先对钢桶螺纹盖图像进行预处理，然后对处理后的图像进行形态学孔洞填充，并基于腐蚀型形态学梯度提取钢桶螺纹盖的外轮廓曲线，从而进行中心定位。

对基于Hough变换的直线特征提取算法进行研究，分析了标准Hough变换进行直线特征提取时存在的问题，并针对这些问题提出了一种基于改进随机Hough变换的直线检测算法，通过不同环境下的直线特征提取的对比实验，验证了算法的有效性和优越性，最后将该算法用于钢桶螺纹盖内部直线特征提取，并根据直线的倾斜角度确定钢桶螺纹盖的摆放角度，从而获得钢桶螺纹盖的完整位姿信息。

对摄像机成像几何模型及内外参数进行研究，并对工业上常用的手眼标定算法进行介绍，确定了采用九点法进行视觉系统手眼标定。

3、末端执行器的设计开发

根据钢桶螺纹盖自动化装配系统的总体方案，并结合钢桶螺纹盖的结构特征，设计开发了一种用于钢桶螺纹盖装配的专用末端执行器，该末端执行器拥有独立的动力源，并内置扭矩传感器，实现了钢桶螺纹盖的拾取和定扭矩装配，同时对机器人工具参数标定算法展开研究，确定了采用TCP多点标定法进行机器人工具参数标定，通过对80mm标准尖点进行TCP多点法标定，对算法的准确性和精度进行验证。

4、系统上位机软件的开发及相关程序的编写

针对钢桶螺纹盖的装配要求，并结合系统的总体方案，基于Visual Studio 2010开发平台，采用C#高级编程语言，通过模块化的编程方式，编写了钢桶螺纹盖自动化装配系统的上位机软件，将上位机软件分为通讯模块、标定模块、图像采集模块和图像处理模块四大部分，系统界面简洁，方便操作；同时编写了机器人运动控制程序和末端执行器控制程序，实现了上位机与两个下位机之间的通讯，为钢桶螺纹盖自动化装配提供了软件基础。

5、实验验证

在确定了钢桶螺纹盖自动化装配系统的总体方案、相关硬件，并编写了系统上位机及下位机程序的基础上，搭建了钢桶螺纹盖自动化装配系统仿真实验平台，通过手眼标定、TCP标定得到相关参数，在此基础上进行了多次钢桶螺纹盖自动化装配实验，验证了钢桶螺纹盖自动化装配系统的有效性。

6.2  创新点

1、提出了一种基于工业机器人结合机器视觉技术的钢桶螺纹盖自动化装配方案，降低了人工成本，提高了装配效率和流水线的自动化程度。

2、提出了一种基于形态学的钢桶螺纹盖定位算法，通过该算法可以获得钢桶螺纹盖的二维坐标信息。

3、针对标准Hough变换直线检测在实际应用中存在的问题，提出了一种基于改进随机Hough变换的直线检测算法，在一定程度上提高了直线检测效率，具有更好的鲁棒性和抗干扰能力。

4、设计开发了一种用于钢桶螺纹盖自动化装配的专用末端执行器，该末端执行器融合了垂直进给和抓取动作，具有独立的动力源和扭矩反馈装置，在一定程度上提高了钢桶螺纹盖的装配效率。

6.3  展望

本文对钢桶螺纹盖自动化装配技术展开了研究，通过自身的努力及导师的指导，取得了一定的成果，但是由于时间精力等原因，系统还有待进一步的完善，后续研究可以从以下几个方面进行：

1、本文提出了基于视觉的钢桶螺纹盖自动化装配系统，并在实验室搭建了系统仿真实验平台进行实验验证，然而并没有在工厂环境下进行实验，后续还需要在实际工作环境下进行验证，并逐步完善系统如添加光源等。

2、摄像机标定过程并没有考虑相机的畸变因素，后续有待进一步研究以提高系统精度。

3、本文考虑成本的因素，末端执行器动力源选择直流减速电机，后续可以改为伺服电机或步进电机，以提高系统精度。

4、本文对于钢桶螺纹盖自动化装配系统的各个环节均进行编程，但是由于时间原因仅以实现功能为目标，没有考虑代码的简洁行和高效性，后续有待进一步优化提高。