【摘 要】
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随着包装印刷装备制造业向智能化转型升级,采用机器人等智能设备协助或代替人工完成生产环节是必经之路。导向辊生产线作为印刷装备制造企业的核心产线之一,其智能化加工水平直接影响包装印刷装备零部件的生产效率。陕西北人在“十三五”期间对导向辊生产线进行了升级改造,结合数控车削中心安装了桁架机械手,实现了钢轴、铝堵等零件的自动装夹和加工,但零件的上下料、运输等任务还是由人工完成,严重制约了生产线的智能化水平。
【基金项目】
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国家重点研发计划课题（编号:2019YFB1707204）； 陕西省科技创新引领计划（编号:2020QFY03-08）；
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随着包装印刷装备制造业向智能化转型升级,采用机器人等智能设备协助或代替人工完成生产环节是必经之路。导向辊生产线作为印刷装备制造企业的核心产线之一,其智能化加工水平直接影响包装印刷装备零部件的生产效率。陕西北人在“十三五”期间对导向辊生产线进行了升级改造,结合数控车削中心安装了桁架机械手,实现了钢轴、铝堵等零件的自动装夹和加工,但零件的上下料、运输等任务还是由人工完成,严重制约了生产线的智能化水平。因此,本文在国家重点研发计划课题等项目的资助下,以导向辊生产线钢轴加工单元上下料过程为研究背景,对复合机器人机械臂运动规划及抓取方法展开了深入研究,主要研究内容如下:（1）结合钢轴加工单元场景,完成了复合机器人的软硬件选型设计及仿真。根据钢轴加工单元的上下料任务需求和加工环境特点,提出了采用复合机器人完成自动上下料的方案,完成了六自由度机械臂、夹爪和视觉功能模块的选型及结构设计,搭建了基于ROS的复合机器人开发平台,并在Rviz和Gazebo仿真环境中实现了复合机器人本体及钢轴加工单元的仿真。（2）针对钢轴加工环境中六自由度机械臂的运动避障问题,提出了基于五次多项式插值和改进RRT算法的机械臂运动规划方法。利用MD-H参数法建立了六自由度机械臂运动学模型,揭示了机械臂关节空间和操作空间的映射关系,利用随机撒点和空间分割方法分析了机械臂末端的可达空间,提出了基于五次多项式插值和改进RRT算法的机械臂运动规划方法,并在MATLAB中完成了以上方法的仿真研究。（3）针对机器人自动上下料过程中钢轴零件精准抓取问题,提出了基于深度相机的零件抓取位姿估计方法。研究了 RGB-D相机数据采集原理,通过相机标定、深度图配准和手眼标定建立了相机坐标系到机械臂末端坐标系间的变换关系,基于OpenCV完成了RGB图像和深度图像的预处理,融合Canny算子和形态学处理提取了钢轴零件的最大轮廓信息,提出了基于轮廓几何矩和PCA的抓取位姿估计方法。（4）融合上述研究成果,构建了 MoveIt!和Gazebo结合的钢轴加工单元复合机器人工作仿真平台,利用RGB-D相机的深度信息建立了八叉树地图,实现了复合机器人环境感知,结合钢轴零件上下料过程,编写了操作界面和控制程序,验证了视觉抓取系统的准确性和可靠性,完成了零件自动上下料的操作任务。
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