臺灣博碩士論文加值系統

近年由於全球製造業面臨缺工及少量多樣生產的挑戰，如何導入多種自動化與智慧化元素已成為各廠商當前重要課題，例如：機器視覺取代人眼以縮短測量時間與降低檢測失誤率、機械手臂代替工人以提高生產效率和解決缺工問題、甚至是整場的自動化與工業4.0環境建構。因此，本研究將整合視覺系統與機械手臂開發一自動化上下料系統。首先，進行多關節機械手臂的運動學推導，並成功開發一機械手臂控制器進行驗證。視覺檢測將以靜態尋物系統與動態追物兩種方式進行實驗。在靜態尋物系統實驗中，先針對視覺系統拍攝到的檢測物進行影像處理，透過檢測物的當前座標並與機械手臂座標同步，再透過串列通訊方式完成機械手臂自動抓取檢測物的功能；動態追物實驗以靜態尋物系統之實驗架構為基礎，將利用視覺系統檢測物件得到時間差、位置差，進而計算出輸送帶轉速以預測出檢測物移動位置後，再利用機械手臂進行動態追物抓取之動作。最後，機械手臂上下料功能再利用串列傳輸與數位輸入/輸出模組與CNC控制器進行交握以完成自動化上下料與加工之功能。

Customized manufacturing is increasing years by years, how the manufactory imports the automatic equipment to the production line is the important topic. The measurement time and the error of inspection is decreased when the machine vision replace the human source.
Besides, the study completed the system of automatic loading and unloading for automatic production by manipulator and machine vision. First, the study derived and proved the Kinematics of manipulator, but the study used the commercially available manipulator to experiment.
The study of vision inspection is divided into the target of static seek and the dynamic target tracking object to experiment. For the target of static seek, the picture of machine vision to image of processing, and corrected the coordinate of machine vision and manipulator to the same origin by the material’s position from the picture of the machine vision. After the coordinate synchronizing, the machine vision and manipulator completed the function the material of gripping by serial transmission. The experimental of dynamic target tracking use the concept of the target of static seek to complete the coordinate synchronize between the manipulator and the machine vision. Then, the velocity of the conveyor will be determined by time interlude and moving distance from machine vision in the program by using Labview software. At the same time, the program used the velocity of the conveyor and the position of material from machine vision to predict the position of target. The manipulator is loading and unloading the material when the program is issue the command. Finally, the study completed the function of automatic loading and unloading by serial transmission and I/O signal for the equipment.

摘要......i
Abstract......ii
誌謝......iii
目錄......iv
表目錄......vi
圖目錄......viii
第一章 緒論......1
1.1研究動機與目的......1
1.2文獻回顧......2
1.3論文架構......3
第二章 系統架構介紹......4
2.1產線系統架構圖......6
2.2設備介紹......12
2.2.1輸送帶......12
2.2.2靜態尋物系統之視覺檢測系統......13
2.2.3動態追物之視覺檢測系統......13
2.2.3 CNC控制器......14
2.2.5 Toshiba機械手臂......14
2.2.6氣壓夾具......16
2.2.7 CNC控制器之輸入輸出模組......17
2.2.8 NI數位輸入輸出模組......18
2.2.9運動控制模組（10MC......18
2.3輸送帶之伺服驅動器與馬達選擇......19
第三章 運動學推導......29
3.1 Denavit-Hartenberg parameters......29
3.2正向運動學......33
3.3反向運動學......35
3.4機械手臂推導驗證......40
3.4.1五軸機械手臂DH參數......41
3.4.2正運動學：......46
3.4.3反向運動學：......48
3.4.4建立機械手臂操作介面...... 51
第四章 視覺處理......53
4.1正攝化處理......53
4.1.1影像校正......55
4.1.2影像校正流程......56
4.2影像前處理......62
4.2.1灰階處理......63
4.2.2提高影像亮暗對比......65
4.2.3閥值處理......66
4.2.4 樣本訓練功能：......69
第五章 實驗結果......71
5.1靜態尋物系統......71
5.2動態追物......74
5.2.1動態追物實驗......75
5.2.2檢測物進入影像範圍時新增一間隔時間......78
5.2.3影像之像素誤差確認......79
5.2.4攝影機於不同景深距離拍攝測試......81
5.2.5測試系統時間與外部時間是否相符......83
5.2.6抓取Labview程式中個功能的系統時間......85
5.2.7將上述實驗測試進行整合......88
5.2.8動態追物之視覺與機械手臂座標整合......91
5.3實驗結果......93
第六章 結論與未來展望......96
6.1結論......96
6.2未來展望......96
參考文獻......97

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