立體幾何特徵辨識法在自動組裝系統的應用研究

Abstract

本論文的目的是發展三次元物體特徵影像辦識功能，進而建立機械手臂自動進行夾 取或組裝任意放置物件的系統，目前的機械手臂輔助組裝系統，通常是採用夾具將 部份組裝件先行夾定，機械手臂的控制軌跡予以先行教導，組裝時可藉由機械手腕 部的柔軟性(compliance)做局部調整，便可進行組裝程序。但是在深海中或太空中 作業時，無法事先教導工作程序時，便得靠機械手臂自行搜尋辦識目標物並自動進 行組裝作業。 目前一般之3D自動辦識系統通常利用CCD 攝影機取像加以判斷，透過2D點資料影像 檔，間接由邊角特徵辦認演算法判斷的物體的3D幾何特徵資料，許多論文曾探討類 似的邊角影像辦認法則，然辦識準確率及後續組裝應用效益均不足，因此本論文乃 提出直接3D點群特徵擷取計算法則，採用雷射掃瞄式三次元量測儀所量得之3D點資 料，如以分析處理，比前述利用2D影像推測方式精確有效，亦較不受環境( 如燈光 、架設角度 )等影響判認資料的準確效率。 針對機械手的組裝應用方面，由於現場的組裝件放置位置與角度各異，首先需靠較 複雜的目標辦識與定位過程，接著以特定的加工程序完成組裝作業。由於三次元的 物體形狀特徵辦識頗為複雜，本論文採用非接觸式的三次元影像掃瞄儀進行形狀曲 面點群的擷取，提出任意三次元曲面誤差的分析比對法則，應用最佳化程式，達到 三次元物件幾何形狀特徵辦識的目標功能。本研究發展的曲面特徵辦識與擷取法則 結合機械手臂控制系統，達到機械手臂自動進行夾取組裝系統或裝配組件之目的。 研究的成果將可應用於工廠裝配線自動組裝，海底管路閥座更換、核電廠與太空站 組件的換裝等工作的應用。