臺灣博碩士論文加值系統

本研究以LabVIEW 2014程式開發並完成使用者操作介面以及控制程式，使影像辨識、影像處理以及機械手臂動作控制，完全在LabVIEW 2014環境下完成，其整合了機械手臂動作控制以及機械立體視覺，對不同放置角度與不同放置距離的工件進行特徵檢測，檢測項目包括：特徵點辨識、工件中心點定位、工件距離檢測、QR code條碼讀取，將檢測後產生之數值回傳至機械手臂控制器，控制機械手臂至工件的中心點進行吸取，以及讀取工件上QR code之資訊，再將工件搬至治具中，此研究成果可結合生產線完成一套自動光學檢測系統(Automated Optical Inspection， AOI)，對自動化生產具有開發性與實用性。

In this study, a system with the user interface and control program was developed in the LabVIEW environment, and this system is integrated with the functions of robot arm motion control and workpeice stereo vision detection. The stereo vision detection subsystem can identify workpiece with different angles and different distance, it can also identify the feature on workpiece, the position and center of workpiece, also read the QR code barcode label on workpiece. After all the workpiece information is detected by the stereo vision subsystem, robot arm is then controlled to suck and move workpiece into next fixture. This study results can be easily combined with production line and automatic optical inspection system (Automated Optical Inspection, AOI), and the whole system is practical useful for an automatic production system.

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 研究動機 1
1.2 研究目的 1
1.3 研究方法 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 機械手臂 3
2.2 攝影機架設 5
2.3 影像伺服 6
第三章 機械手臂原理 7
3.1路徑軌跡概述 7
3.2運動學概論 7
3.2.1 Denavit-Hartenberg 8
3.2.2 順向運動學 10
3.2.3 驗證 14
3.3 座標的轉換 15
第四章 機械視覺 17
4.1基本概述 17
4.2 立體視覺原理 17
4.2.1 平面影像二維座標 17
4.2.2攝影機內外參數 18
4.2.3立體影像三維座標 21
4.2.4立體視覺 21
4.3 機器視覺校正 22
4.4樣板比對(Pattern match) 23
4.5二值化(Binarization) 25
4.6 影像面積篩選 26
4.7 補洞處理(Holes filling) 27
第五章 實驗方式與步驟 29
5.1 實驗設備 29
5.1.1 EPSON C3六軸機械手臂 29
5.1.2 攝影機 31
5.1.3 PXI 控制器與乙太網路介面卡 32
5.1.4 軟體架構 34
5.2立體視覺校正 35
5.3.影像辨識 39
5.4 QR code 辨識 40
第六章 實驗結果 42
第七章 結論與建議 45
7.1 結論 45
7.2 建議 46
參考文獻 47

1.http://asimo.honda.com/
2.Whitney, D. E., "Quasi-Static Assembly of Compliantly Supported Rigid Part," Systems Measurement and Control-transactions of The Asme – JDYN SYST MEAS CONTR, 104, 1, 65-77(1982).
3.Larsson, Fredrik., Jonsson, Erik and Felsberg, Michael., "Simultaneously learning to recognize and control a low-cost robotic arm," Image and Vision Computing 27,1729-1739(2009).
4.謝岱凌、張家維、徐如欣、蕭子健，虛擬儀控程式設計LabVIEW 201x，台北 : 高立圖書有限公司 (2015) 。
5.Pettersson, A. and Davis, S., "Design of a magnetorheological robot gripper for handling of delicate food products with varying shapes," Journal of Food Engineering, 98, 332–338(2010).
6.Koivo, Antti J., Fundamentals for Control of Robotic Manipulators, New York: John Wiley & Sons, 77- 102, 227-268(1989).
7.劉再發，設計發展機械手臂輔助系統於中風病人的上肢評估與訓練，碩士論文，國立成功大學醫學工程研究所，台南(2006)。
8.黃裕仁，晶圓輸送機械手臂之機構分析及運動控制研究，碩士論文，中原大學機械工程研究所，桃園(1999)。
9.Takemura, Fumiaki and Shiroku, Reyes-Tatsuru, "Development of the Actuator Concentration Type Removable Underwater Mani,pulator," IEEE Int. Conf. Robotics and Automation, Okinawa, Japan, 2124-2128 (2010).
10.Corke, P. I., "Visual Control of Robot Manipulators-A Review," CSIRO Division of Manufacturing Technology, Victoria, Australia, 1-32(1994).
11.Nakashima, A., Sugiyama, Y. and Hayakawa, Y., "Paddle Juggling of one Ball by Robot Manipulator with Visual Servo," International Conference on Control, Singapore, 1-6(2006).
12.Oh, J. K. and Lee, C. H., "Development of a stereo vision system for industrial robots," International Conference on Control, Automation and Systems, ICCAS ''07, 659-663(2007).
13.Lippiello, B. Siciliano and Villani, L, “Position-Based Visual Servoing in Industrial Multirobot Cells Using a Hybrid Camera Configuration,” IEEE Transactions on Robotics ,vol.23, no.1, pp.73-86, Feb.(2007).
14.Hynes, P., Dodds , G.I. and Wilkinson, A. J., “Uncalibrated visual-servoing of a dual-arm robot for surgical tasks,” Proc 2005 IEEE International Symposium on Computational Intelligence in Robotics and Automation, 151- 156, June 27-30 (2005).
15.巫天寶，自動化測試專案管理之研究：以H公司製造部門為例，碩士論文，龍華科技大學商學與管理研究所，桃園(2013) 。
16.Hashimoto, K., "A review on vision-based control of robot manipulators," Advanced Robotics, 17, 10, 969-991(2003).
17.Neuman, C. P., Sanderson, A. C. and Weiss, L. E., "Dynamic sensor-based control of robots with visual feedback," IEEE Journal of Robotics and Automation, 3, 5, 404-417(1987).
18.許子勝，以立體視覺為基礎之機械手臂應用系統，碩士論文，中央大學資訊工程學系，桃園(2010)。
19.Hutchinson, S., Hager, G. D. and Corke, P. I., "A Tutorial on Visual Servo Control," IEEE Trans. on Robotics and Automation, 12, 5, 651-670(1996).
20.Hill, J. and Park, W. T., "Real Time Control of a Robot with a Mobile Camera," Proc. 9th ISIR, Washington, D.C., 233- 246(1979).
21.蔡育維，基於視覺伺服知機械手臂射擊系統，碩士論文，國立台灣科技大學機械工程研究所，台北(2010)。
22.林唯修，六軸機械手臂之研製與位置控制，碩士論文，國立台灣科技大學高分子工程系，台北(2009)。
23.潘舒喬，具負載補償之可調變阻抗控制應用於人與機械手臂協力作業，碩士論文，國立台灣科技大學高分子工程系，台北(2010)。
24.尼库拉•尼库(Saeed B.Niku)、孙增圻，機器人學導論:分析、控制及應用(第二版)，大陸 : 电子工业出版社，第54-77頁(2013)。
25.陳漢雄，機械手臂混合位置/阻抗控制之研究，碩士論文，國立台灣科技大學自動化及控制研究所，台北(2010)。
26.莊修一，AX-12機械手臂路徑軌跡規劃與影像辨識之研究，碩士論文，國立勤益科技大學機械工程系，台中(2010)。
27.莊宇鈞，基於雙眼視覺之機械人手掌物體抓取之實現，碩士論文，大同大學機械工程研究所，台北(2012)。
28.Fu, K.S., Gonzalez, R.C. and Lee, C.S.G., Robotics Control, Sensing, Vision,and Intelligence, McGraw-Hill Book Co. (1987).
29.Bradski, Gary and Kaebler, Adrian, Learning OpenCV, Computer Vision with the OpenCV Library, O’Reilly Media (2008).
30.Brunelli, R. and Poggio, T., "Face recognition: Features versus templates," IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence, 15, 10, 1042-1052(1993).
31.賴岱佑，劉敏，數位影像處理技術手冊，台北 : 文魁資訊，第13-21頁(2007)。