臺灣博碩士論文加值系統

本論文為七軸關節型機械手臂搭配影像辨識完成辨識取物系統，以三菱Q系列控制器為運動規劃核心，搭配三菱伺服馬達、驅動器、定位模組及減速機完成運動控制；此研究先從手臂在空間中建立基礎座標作為參考，接著探討手臂各軸關節的連結關係、順逆向運動學，再定義出機械手臂運動極限範圍，並搭配Kinect視訊機做影像處理，辨識不同顏色的圓形球體及方形柱體，及感測鏡頭至物體的深度值，整合出空間三維座標後經由Matlab編譯演算法計算出手臂座標；最後將單軸運動、原點復歸、速度調整等功能於Visual Studio專案管理以達成最佳化處理。本論文可依規劃任務不同，例如:骨牌排列、畫圖、寫字、疊疊樂、物件分類取放等，針對不同物體製作不同工件來完成多樣應用。

This thesis designs a seven-axis articulated robot arm with image recognition system. The system bases on the kernel of Mitsubishi Q series programming logic controller, and uses seven AC servo motors, seven servo drivers, two position modules and reducers. The concept of this thesis is to evaluate the motion trajectories of robot arm by establishing the basis coordinates of end effector for the robot arm. We study the joint structure of articulated arm, and compute the equation of forward and inverse kinematics for each joint. Furthermore, we use image system to recognize color and sharp of different balls and cubes by Kinect system. The Kinect system can detect the depth of the object, the robot arm catches the assigned object according to the information of the Kinect system. Then, we get the three dimensional coordinate and calculate its corresponding coordinate of the arm by using Matlab. Finally, we do the optimizations for each joint of the robot arm, Original Point Return, and speed adjustment by visual studio project management system. In this thesis, the robot arm presented various experimental results that depend on different purposes or missions, such as playing dominoes, drawing pictures, writing, piling up, and separating stuffs and so on.

摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1 前言及相關文獻 1
1.2 研究動機 2
1.3 論文架構 2
第二章 硬體系統架構 4
2.1 系統架構簡介 4
2.2 機械手臂硬體架構 4
2.3 伺服馬達與伺服驅動器 8
2.3.1 位移分析 11
2.4 電力與線路配置 11
2.5 電磁閥與氣壓缸 16
2.6 可程式控制器 16
2.6.1 基座與電源模組 Q38B/Q61P 17
2.6.2 主控制器 Q03UDE 18
2.6.3 定位模組 QD77MS4 20
2.6.4 輸入與輸出模組 QX41/QY41P 21
2.6.5 通訊模組 QJ71C24N-R2 23
2.7 Asus Xtion體感偵測器 24
第三章 機械手臂之運動探討 25
3.1 連桿參數與座標系統建立 25
3.2 順向運動學 28
3.3 逆向運動學 31
3.4 手臂之運動範圍模擬 34
3.5 運動學動態函式庫建構 38
第四章 控制系統與程式架構 39
4.1 運動程式開發工具 39
4.1.1 GX Works2 程式工具 39
4.1.2 MX Component 通訊工具 41
4.2 伺服驅動方法 44
4.2.1 原點復歸與各軸JOG移動 47
4.2.2 單軸直線控制與多軸直線運動插補 51
4.3 PC人機介面 53
第五章 影像處理 54
5.1 RGB與HSV色彩空間 54
5.2 二值化 55
5.3 膨脹與侵蝕 56
5.4 霍夫轉換 58
5.5 夾爪角度補償 61
第六章 實驗結果 63
6.1 實驗一:骨牌效應 63
6.1.1 實作場地與道具 63
6.1.2 實作流程 65
6.1.3 實作結果 66
6.2 實驗二:機械揮毫 71
6.2.1 實作場地與道具 71
6.2.2 實作流程 72
6.2.3 實作結果 73
6.3 實驗三:疊疊樂 76
6.3.1 實作場地與道具 76
6.3.2 實作流程 78
6.3.3 實作結果 79
6.4 實驗四:眼明手快 81
6.4.1 實作場地與道具 81
6.4.2 實作流程 82
6.4.3 實作結果 83
第七章 結論與未來展望 86
參考文獻 87

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[26]膨脹與侵蝕https://sites.google.com/a/ms.ttu.edu.tw/cse2012dance-robot/yan-jiu-cheng-guo/opencv-ruan-ti-she-ji/qin-shi-yu-peng-zhang,2016/06
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