A Study on Intelligent Assembly by Robot Arm

在機器人發展的過程中，從過去可以輸入特定的路徑並依程式完成特定的目標，因此廣泛的被應用在焊接、噴漆、加工、搬運物品，隨著科技的進步感測器的發展，機器人的工作從輔助逐漸朝完全取代勞力，智慧組裝即是不可或缺的環節，組裝上相當講究位置的精度，以往傳統方式大量的運用攝影機搭配影像處理技術，然而受限於處理過程複雜，易受環境光照的影響，成本也相當昂貴，本研究使用雷射測距儀作為機器人感測器，不僅相對穩定不受環境光照影響，且資料容易處理，再搭配目標物特徵完成智慧組裝的工作。本研究利用LabVIEW程式整合感測器與機器人控制系統，並利用機器人運動搭配二維雷射測距儀完成三維空間孔洞搜尋及自動裝配的目標。In the process of robots development, the robot could be imputed by specific path and followed the program to achieve a particular purpose; therefore, it was widely used to weld, spray, process, and transport object. With the great advancement of technology and the development of sensors, the working role of robot is gradually change from assistance into completely replacement of labor. Intelligent assembly is the indispensable part of this revolutionary change. When assembling, it takes precision very seriously. The old method of assembly, which used camera with image processing technology, not only limited by complicated processing course, but also easily affected by environmental lighting, and the cost is quite expensive as well. This research use laser rangefinder as sensor of robot. The advantage of laser rangefinder is it has relatively stable characteristic under environmental lighting and the data it collects is easy to process. We combine laser rangefinder with object's traits to finish the work of intelligent assembly. Besides, this research utilizes LabVIEW to integrate sensor and the robot control system, and uses robot movement to collocate 2D laser rangefinder to accomplish the purpose of searching 3D holes and automatic assembling.目錄 iii 圖目錄 vi 表目錄 viii 第一章 序論 1 1.1 前言 1 1.2 研究目的 3 第二章 文獻探討 4 2.1 影像處理技術 4 2.2-1影像處理技術的基本概念 4 2.1-2影像處理的各種步驟 5 2.1-3影像處理的應用 7 2.2 雷射測距儀 8 2.2-1雷射的基本特性 8 2.2-2雷射測距儀的量測原理 9 2.2-3雷射測距儀的應用 12 2.3 公差與配合 13 2.3-1製造公差 13 2.3-2 組裝配合 14 第三章 RV-1A機械手臂 15 3.1 機械手臂基本架構 15 3.1-1本體結構及運動範圍 15 3.1-2座標原點設置 17 3.1-3控制架構 19 3.2 Teaching pendant 控制機械手臂 20 3.2-1 Teaching pendant即時控制 20 3.2-2 Teaching pendant編寫程式 23 3.3 電腦RS-232控制機械手臂 25 3.3-1 RS-232通訊設置 25 第四章 實驗設備與方法 26 4.1 實驗設備 26 4.2 實驗材料 31 4.3 實驗方法 33 4.3-1實驗設定參數 35 4.3-2雷射測距儀資料處理 38 4.3-3圓心座標搜尋 39 4.3-4理想狀態下成功裝配條件 42 第五章 結果與討論 44 5.1 實驗樣本一 44 5.1-1樣本一實驗一 44 5.1-2樣本一實驗二 45 5.1-3樣本一實驗三 46 5.1-4樣本一實驗四 47 5.1-5樣本一實驗五 48 5.1-6樣本一結果比較 49 5.2 實驗樣本二 50 5-2.1樣本二實驗一 50 5-2.2樣本二實驗二 51 5-2.3樣本二實驗三 52 5-2.4樣本二實驗四 53 5-2.5樣本二實驗五 54 5-2.6樣本二結果比較 55 第六章 結論與建議 56 6.1 結論 56 6.2 建議 57 參考文獻 58 圖目錄 圖2.1-1影像處理步驟 6 圖2.2-1飛行時間法示意圖 9 圖2.2-2相位差法示意圖 10 圖2.2-3三角測距法示意圖 11 圖2.3-1公差示意圖 13 圖3.1-1 RV-1A各軸示意圖 15 圖3.1-2 RV-1A運動範圍 16 圖3.1-3機械手臂控制架構示意圖 19 圖3.2-1 JOINT jog operation示意圖 21 圖3.2-2 XYZ jog operation示意圖 22 圖3.2-3 TOOL jog operation示意圖 22 圖4.1-1 MITSUBISHI Industrial Robot RV-1A 26 圖4.1-2機械手臂 controller 27 圖4.1-3機械手臂 teaching pendant 27 圖4.1-4 URG-04LX雷射測距儀 28 圖4.1-5 URG-04LX 量測範圍示意圖 28 圖4.1-6 USB to RS-232訊號轉換器 29 圖4.1-7游標卡尺 29 圖4.1-8 Acer Aspire V3-772G 30 圖4.2-1結構桿 31 圖4.2-2裝配軸 31 圖4.2-3裝配本體 32 圖4.3-1實驗硬體架構 33 圖4.3-2智慧組裝系統流程圖 34 圖4.3-3 LabVIEW HKYURG URG-04LX參數設置說明 35 圖4.3-4 LabVIEW HKYURG URG-04LX參數控制面板 35 圖4.3-5 LabVIEW機械手臂 RS-232通訊設置 36 圖4.3-6圓弦變化示意圖 37 圖4.3-7 LabVIEW圓座標轉換直角座標公式 38 圖4.3-8雷射測距儀掃描結果 39 圖4.3-9雷射測距儀量測結果 40 圖4.3-10裝配本體平面敘述示意圖 40 圖4.3-11雷射測距儀掃描改善結果 40 圖4.3-12樣本一裝配容許誤差示意圖 43 表目錄 表3.1-1 RV-1各軸之運動範圍及最大角速度 17 表3.3-2 RS-232通訊協定 25 表4.3-1雷射測距儀改善方法 41 表5.1-1樣本一實驗結果比較 49 表5.2-1樣本二實驗結果比較 5