基于视觉的移动机械臂高精度检测与定位控制方法研究

成果基本信息
关键词：	工业机器人;高速图像处理;高精度定位;轨迹控制
成果类别：		技术成熟度：
体现形式（基础理论类）：		体现形式（应用技术类）：	无
成果登记号：	9612018Y1060	资源采集日期：	2019-04-15

研究情况
单位名称：	陕西理工大学	技术水平：
评价证书号：	验证研字[2018]第0252号	评价单位：	陕西省科技厅
评价日期：	2018.06.28	评价证书号：	验证研字[2018]第0252号

转化情况
转让范围：		推广形式：	无
已转让企业数（个）：	0

联系方式
联系人（平台）：	玉女士	联系人（平台）电话：	0771-5885053
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成果简介
课题属工业机器人技术领域校企合作项目，已开发出拥有自主知识产权的基于图像技术的工业机器人高精度检测与定位控制控制系统，具备结构紧凑、精度高、运行可靠性高的特点，性能达到国内同类产品的先进水平，部分成果已在企业成功推广应用。　　1. 关键技术：　　1）高速、高精度多关节移动机械臂视觉定位平台　　移动机械臂视觉检测与定位控制系统中，机械臂视觉伺服系统的力学特性（如结构、间隙、动静刚度、摩擦特性、振动、噪声、非线性时变载荷等）、热学特性（如热变形、热稳定性等）、以及力、热耦合特性对移动机械臂检测和定位产生显著影响。因此，必须研究：高速、高精度多关节移动机械臂视觉定位构架方式；移动机械臂多关节力、热耦合特性分析及数字建模；移动机械臂视觉系统的力学特性、热学特性以及力、热耦合特性影响定位精度的机理；移动机械臂视觉高速、高精度检测与伺服定位控制机理。　　2）移动机械臂的协调控制　　移动机械臂运动规划的特色应体现在移动平台与机械臂的协调上，应能根据实际情况协调运动使得整个移动机械臂系统灵活、高效。然而移动平台与机械臂的结合虽带来了更大的工作空间和更优的操作性能，但两者具有不同的运动特性，动力学模型也不一样，因此必须在分析移动机械臂系统运动学、动力学模型的基础上，研究如何协调将两者作为一个整体进行规划控制，发挥移动机械臂的优势。　　3）机械臂检测的精度与补偿　　移动机械臂视觉检测与定位控制系统中，机械误差、控制算法误差以及系统误差等都没有进行补偿，在图像识别中需要对系统产生的各种偏差进行整体估计并进行补偿，因此增大了图像处理的难度，同时，对图像处理的精度及算法提出了更高的要求。因此，必须研究：高速、高精度多关节移动机械臂视觉定位构架方式；整体误差的建模；系统整体误差的估计及补偿机理；移动机械臂视觉高速、高精度定位控制的新方法。　　2. 创新点：　　（1）研发了基于ARM+FPGA的工业机器人高速伺服控制系统，实现了机器人多目视觉定位和多轴矢量并行控制与优化。提高了控制系统的集成度。为工业机器人高速、高精度检测和控制提供了研究平台。　　（2）提出了一种“基于径向基函数的神经网络多余点剔除”的路径规划技术，提高了机器人的运动平稳性。　　（3）提出了“基于扰动观测器的滑模反演自适应”的运动控制方法，提高了机器人的控制精度。　　（4）在运动控制器中，提出了一种面向逆变器的精确线性化反步复合控制方法。　　3. 技术指标：　　（1）完成了多通道高速图像并行采集、处理的视觉定位系统一套样机，完成多关节机器人运动控制器样机两套样机，完成了高速伺服驱动器一套样机；　　（2）形成机器人视觉高速定位、运动控制器成果推广两项；　　（3）该项目的应用使移动机械臂视觉采集、处理、伺服定位速度有了一定程度的提高，图像采集、处理速度增加10-12%，伺服驱动速度提高8-10%；

成果名称：	基于视觉的移动机械臂高精度检测与定位控制方法研究	关键词：	工业机器人;高速图像处理;高精度定位;轨迹控制
成果类别：		一级分类名称：	装备制造
二级分类名称：	自动控制、计算机制造	三级分类名称：
研究起止时间：	2012.06 至2018.06	成果体现形式（应用技术类）：	无
成果属性：		成果体现形式（基础理论类）：
技术成熟度：		技术水平：
研究形式：		学科分类1：
单位名称：	陕西理工大学	学科分类2：
中图分类号1：		所属高新技术类别：
中图分类号2：		课题来源：
应用行业：		课题立项名称：
国家科技计划子类别：		课题立项编号：	2016GY-070
经费实际投入额（万元）：	1420.00	评价单位：	陕西省科技厅
评价形式：	无	应用状态：	无
评价日期：	2018.06.28	转让范围：
评价证书号：	验证研字[2018]第0252号	推荐单位：	陕西省汉中市科技局
推广形式：	无	成果登记号：	9612018Y1060
成果简介：	课题属工业机器人技术领域校企合作项目，已开发出拥有自主知识产权的基于图像技术的工业机器人高精度检测与定位控制控制系统，具备结构紧凑、精度高、运行可靠性高的特点，性能达到国内同类产品的先进水平，部分成果已在企业成功推广应用。　　1. 关键技术：　　1）高速、高精度多关节移动机械臂视觉定位平台　　移动机械臂视觉检测与定位控制系统中，机械臂视觉伺服系统的力学特性（如结构、间隙、动静刚度、摩擦特性、振动、噪声、非线性时变载荷等）、热学特性（如热变形、热稳定性等）、以及力、热耦合特性对移动机械臂检测和定位产生显著影响。因此，必须研究：高速、高精度多关节移动机械臂视觉定位构架方式；移动机械臂多关节力、热耦合特性分析及数字建模；移动机械臂视觉系统的力学特性、热学特性以及力、热耦合特性影响定位精度的机理；移动机械臂视觉高速、高精度检测与伺服定位控制机理。　　2）移动机械臂的协调控制　　移动机械臂运动规划的特色应体现在移动平台与机械臂的协调上，应能根据实际情况协调运动使得整个移动机械臂系统灵活、高效。然而移动平台与机械臂的结合虽带来了更大的工作空间和更优的操作性能，但两者具有不同的运动特性，动力学模型也不一样，因此必须在分析移动机械臂系统运动学、动力学模型的基础上，研究如何协调将两者作为一个整体进行规划控制，发挥移动机械臂的优势。　　3）机械臂检测的精度与补偿　　移动机械臂视觉检测与定位控制系统中，机械误差、控制算法误差以及系统误差等都没有进行补偿，在图像识别中需要对系统产生的各种偏差进行整体估计并进行补偿，因此增大了图像处理的难度，同时，对图像处理的精度及算法提出了更高的要求。因此，必须研究：高速、高精度多关节移动机械臂视觉定位构架方式；整体误差的建模；系统整体误差的估计及补偿机理；移动机械臂视觉高速、高精度定位控制的新方法。　　2. 创新点：　　（1）研发了基于ARM+FPGA的工业机器人高速伺服控制系统，实现了机器人多目视觉定位和多轴矢量并行控制与优化。提高了控制系统的集成度。为工业机器人高速、高精度检测和控制提供了研究平台。　　（2）提出了一种“基于径向基函数的神经网络多余点剔除”的路径规划技术，提高了机器人的运动平稳性。　　（3）提出了“基于扰动观测器的滑模反演自适应”的运动控制方法，提高了机器人的控制精度。　　（4）在运动控制器中，提出了一种面向逆变器的精确线性化反步复合控制方法。　　3. 技术指标：　　（1）完成了多通道高速图像并行采集、处理的视觉定位系统一套样机，完成多关节机器人运动控制器样机两套样机，完成了高速伺服驱动器一套样机；　　（2）形成机器人视觉高速定位、运动控制器成果推广两项；　　（3）该项目的应用使移动机械臂视觉采集、处理、伺服定位速度有了一定程度的提高，图像采集、处理速度增加10-12%，伺服驱动速度提高8-10%；
联系人：		成果登记日期：	2018-11-09
联系人email：	snutzpc@126.com	单位代码：	96100227
邮政编码222：	723001	联系人电话：	13891690286
单位传真：	0916-2212866	单位通讯地址：	陕西省汉中市汉台区朝阳路
单位所在省市：		单位电话：	0916-2641855;7299158
转让收入（万元）：	0	单位属性：
合作完成单位：		已转让企业数（个）：	0
成果发布年份：	2018	知识产权形式：
成果完成人：	张鹏超;曲仕茹;马帅旗;刘东;秦伟;李娟;何素娟;侯波;董锋斌;陈小锋;杨波	资源采集日期：	2019-04-15

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