[发明专利]一种SR09机器视觉系统设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种SR09机器视觉系统设计方法，属于视觉机器人技术领域。

背景技术

冲压生产是机械加工和制造过程中一种重要的成型制造技术；与机械切削加工等其他成型方法相比，冲压加工具有生产速度快、效率高、材料利用率高、节能、环保等优点，广泛应用于汽车、机械、电器、仪表及航空等行业，用以迅速大量地制造同一尺寸和形状的工件；随着加工工艺的改进、压力机制造技术的发展、模具制造技术的进步，以及材料加工性能的提高，冲压生产工艺被越来越多的生产过程采用，越来越多的产品采用冲压成型制造技术；随着现代制造技术的发展，冲压生产技术正向高速化、自动化、柔性化、精密化的方向发展；传统的上下料装置采用由压力机主轴输出的动力作为驱动，由于已在传动机构的设计中考虑了各设备之间的动作顺序和联动关系，因此协调关系完全由系统的运动机构来实现和保证，其安全性和可靠性较高，缺点是缺乏灵活性和柔性，机构设计比较复杂；在由冲压机器人构成的冲压自动化系统中，由于机器人的运动是独立驱动的，因此必须在控制系统中对压力机和机器人的运动和动作进行协调控制，协调控制主要有以下一些方法：机器人和压力机之间采用电气信号的逻辑联锁控制，按压力机滑块运动位置的时序逻辑控制，同步运动控制。目前冲机器人主要工作在结构化的环境之中完成特定的工作任务，它们存在着很大的局限性；因为大多数机器人要求工件以精确的方位出现在预先设定的位置上，通常采用了特殊的辅助装置与设备来保证机器人的准确定位；对一些随机出现的对象的处理，如冲落的废料与坯件则会出现困难；这种以结构化的环境作为伺服系统设计的结果是：一旦产品的结构、尺寸和工艺流程、工作地点发生变化的时候，必须对机器人进行重新编程、标定和设计新的辅助设备来适应新的操作任务；因此，开发具有高度自治能力的智能型机器人，逐步取代生产线上刚性较大柔性不足的工作部分，以适应各种应用环境的需要，降低机器人对结构化环境的依赖性，意义重大。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种SR09机器视觉系统设计方法，运行节拍与机械手的运动速度和加速度之间的协调性更好，有利于进行系统优化设计，以减小驱动功率，降低系统成本。

本发明的SR09机器视觉系统设计方法，所述方法包括以下步骤：

第一步，基于UML的机器人概念设计，

a.基于信息系统的建模理论及面向对象的软件工程方法建立了基于UML的用例驱动的现代机械系统设计过程模型；

b.总结分析了基于UML的用例驱动方法进行机电系统概念设计的步骤及目标，并应用于冲裁上料机器人SR09的概念设计；

c.设计过程证明了基于UML的面向对象技术用于机器人的概念设计，设计的流程及数据能够保持高度的一致性与连惯性；初步运动学动力学的仿真结果表明设计的结果能满足SR09机器人冲裁上料的位姿要求；

第二步，机器人运动学及动力学分析，

a.以串联关节式机器人为基础，将构成操作臂的杆件看作刚体，建立了SR09的坐标系统，研究了SR09视觉系统各坐标系之间的关系，推导了SR09操作臂的运动学与动力学方程，进行了运动学仿真；

b.提出了一个基于Maple的动力学符号算法，给出了运动学方程的封闭正反解；

c.为了解SR09的动力学特性，为下一步的控制设计打基础，设定了一组恒驱动力矩进行了动力学仿真，来观察系统的响应；

第三步，SR09机器人的运动规划，

a.介绍机器人运动轨迹规划方法，研究了冲压机器人的轨迹规划问题；

b.为验证SR09对冲压轨迹的适应性，专门针对SR09典型工作轨迹在ADANTS中进行了综合仿真，对应端拾器轨迹转折点的各关节角位移曲线进行了无轨迹圆滑过渡和有轨迹圆滑过渡两种方式的对比研究；

c.仿真结果表明，由于采取了合理的轨迹圆滑过渡，连杆的角速度及角加速度峰值明显降低；关节角2与关节角3的角速度在圆滑前峰值接近200度/秒，圆滑后的角速度降为20度/秒，是原先的10%；圆滑前的角加速度峰值接近7000度/秒2圆滑后，角加速度峰值降为8度/秒2，是先前的0.11%；从仿真的结果还可看出，运行的轨迹保持了规划轨迹图线，符合工程要求；