蓄电池自动拆解的路径规划研究【字数：13040】
摘 要本文利用机器视觉的图像识别定位功能，基于Kinect后台开发，用ABB机器人作为废旧蓄电池产品拆解的运动执行单元，解决废旧蓄电池自动拆解的路径规划问题。文章中提出对Kinect获取的深度图片用MATLAB提取特征边线以及边线上的坐标点，由Kinect输出深度值，使用加权最小二乘直线拟合算法对三维坐标进行矩形拟合。最后使用Robotstudio对拟合的废旧蓄电池外部轮廓进行仿真实验，验证基于Kinect的特征识别与提取深度图像拟合的三维蓄电池轮廓的准确性和机器人拆解废旧蓄电池产品的高效性。并通过仿真实验，验证了机器人路径规划方法的有效性和实用性。本文的研究同时为自动化拆解应用领域提供了一种可行性方案。
目录
摘 要 I
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 国内外发展现状 2
1.3 研究内容 3
第二章 基于Kinect的深度图像采集与处理 4
2.1 Kinect 体感技术现状 4
2.2 Kinect 2.0 对电脑系统及硬件的要求 5
2.3 搭建 Kinect 2.0后台开发环境的步骤 5
2.4 Kinect采集深度图像原理 7
2.5 Kinect获取深度图像的原理 8
2.5.1 主窗口 8
2.5.2 后台开发 9
2.5.3 截图按钮 9
2.5.4 数据处理 9
2.6 MATLAB对图像处理的原理 11
2.7 MATLAB对图像处理的应用 12
2.7.1 读取图片 12
2.7.2 改变图片数据类型 12
2.7.3 找出图片边缘 12
2.7.4 对图片边框进行裁边处理 13
2.7.5 图片二值化处理 13
2.7.6 霍夫变换原理 13
2.7.7 霍夫变换应用 16
2.7.8 边缘坐标点提取 17
2.8 Kinect获取深度信息原理 17
2.9 Kinect获取深度信息应用 18
2.10 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
Kinect获取深度信息结构 19
第三章 蓄电池特征参数计算 20
3.1三维点整合步骤 20
3.2 三维空间拟合平面原理 21
第四章 蓄电池的切割仿真 23
4.1 ABB机器人 23
4.2 Robotstudio机器人仿真 24
第五章 结论与展望 28
5.1 研究小结 28
5.2 研究展望 28
参考文献： 30
附录 32
绪论
1.1 课题研究背景
随着科技的发展，能源的紧张，现如今推广和应用新能源的汽车已然成为世界主流。近些年来，我国也在努力积极推广、应用电力驱动的新能源汽车。随着新能源汽车市场的急速增长而，同时也带来的是对动力电池的需求[1]。由于新能源汽车的动力电池的使用期限有限以及更换频率需要。有大量的新能源汽车会在电动汽车的废旧动力蓄电池更换下来，如果处理处置不当，或是随意丢弃放置，一方面会造成金属材料资源的浪费，另一方面也会带给社会环境影响和存在安全隐患。因此，废旧蓄电池的回收利用显得十分重要和必要。
对于现今的废旧蓄电池的回收产业就是将已经报废的蓄电池集中回收，然后通过现有的工艺技术去回收电池中的金属材料，如镍、钴、锰、铜、铝、锂等元素，最后将这些金属材料再次循环利用回动力电池包中。目前我国的废旧蓄电池回收再利用产业，正作为一个新兴的产业领域，先处于起步阶段。
由此对于废旧蓄电池进行回收工作显得十分必要和重要，其必要性在于废旧蓄电池对环境的危害性；重要性在于废旧蓄电池中的金属材料的经济价值和再利用价值。
现如今我们常见的汽车蓄电池为铅酸蓄电池，其最明显的特征是在它的顶部有可拧开的塑料密封盖，上面还有通气孔。上面的注液盖是用来加注纯水、检查电解液和排放气体用的。
蓄电池中含有的汞、镉、铅等金属物质的危害，污染一旦发生将很难修复。废旧蓄电池如若不妥当处理，会有如下危害：电解质溶液（蓄电池中的酸、碱）和重金属对环境造成严重污染。对于不同类型、材料的电池，它的污染物也不同。一般来说，电池中的有害物质主要有锌、汞、氰化物、铅等重金属材料。同时，废旧蓄电池的塑料或是内部的金属材料、电解液、电解质盐以及电极废料都具有回收价值。对于废旧蓄电池进行资源化回收，不但可以减少废旧蓄电池对于环境的污染，带来显著环境效益，还能实现电池中资源组分的充分回收利用，产生巨大经济效益，同时积极响应国家发展循环经济、建设节约型社会的发展战略。
由于废旧家电等产品在拆解过程中存在着工作量大，劳动环境差的问题。而且废旧蓄电池的拆解也都是重复的机械性操作。由此提出可以通过结合工业机器人以及机器人仿真系统，规划蓄电池自动拆解的路径。这个想法则需要设计开发专用的自动化拆解系统，以工业机器人为平台，通过深度图像来获取被拆解对象的几何特征，并对拆解路径进行规划，从而实现被拆解对象的分离过程。
1.2 国内外发展现状
针对目前产品的生命周期而言，主要包括有准备原材料、制造、装配、产品的使用及报废、回收、拆解再利用这几个过程，如图11所示。
/
图14 产品生命周期的过程
拆解作为处理废旧产品的一个重要步骤之一，可以回收再利用产品中的剩余价值，减少随意丢弃后产品对环境的污染。在回收处理行业，拆解在很大程度上限于人工手工劳动，随着人的劳动成本日益增高，自动化拆解工作愈发必要。然而，拆解过程的不确定性和复杂性阻碍了拆解自动化的发展。
布伦瑞克工业大学Herrmann教授提出拆解自动化发展中需要考虑的几个方面，包括机械系统、视觉系统和智能规划器[2]。此外，与装配过程的自动化不同，拆解自动化需要处理许多产品和过程级别的复杂性和不确定性。为了解决这个问题，在系统上实现了认知机器人学原理，以增加灵活性和所需的自主程度。
目录
摘 要 I
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 国内外发展现状 2
1.3 研究内容 3
第二章 基于Kinect的深度图像采集与处理 4
2.1 Kinect 体感技术现状 4
2.2 Kinect 2.0 对电脑系统及硬件的要求 5
2.3 搭建 Kinect 2.0后台开发环境的步骤 5
2.4 Kinect采集深度图像原理 7
2.5 Kinect获取深度图像的原理 8
2.5.1 主窗口 8
2.5.2 后台开发 9
2.5.3 截图按钮 9
2.5.4 数据处理 9
2.6 MATLAB对图像处理的原理 11
2.7 MATLAB对图像处理的应用 12
2.7.1 读取图片 12
2.7.2 改变图片数据类型 12
2.7.3 找出图片边缘 12
2.7.4 对图片边框进行裁边处理 13
2.7.5 图片二值化处理 13
2.7.6 霍夫变换原理 13
2.7.7 霍夫变换应用 16
2.7.8 边缘坐标点提取 17
2.8 Kinect获取深度信息原理 17
2.9 Kinect获取深度信息应用 18
2.10 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
Kinect获取深度信息结构 19
第三章 蓄电池特征参数计算 20
3.1三维点整合步骤 20
3.2 三维空间拟合平面原理 21
第四章 蓄电池的切割仿真 23
4.1 ABB机器人 23
4.2 Robotstudio机器人仿真 24
第五章 结论与展望 28
5.1 研究小结 28
5.2 研究展望 28
参考文献： 30
附录 32
绪论
1.1 课题研究背景
随着科技的发展，能源的紧张，现如今推广和应用新能源的汽车已然成为世界主流。近些年来，我国也在努力积极推广、应用电力驱动的新能源汽车。随着新能源汽车市场的急速增长而，同时也带来的是对动力电池的需求[1]。由于新能源汽车的动力电池的使用期限有限以及更换频率需要。有大量的新能源汽车会在电动汽车的废旧动力蓄电池更换下来，如果处理处置不当，或是随意丢弃放置，一方面会造成金属材料资源的浪费，另一方面也会带给社会环境影响和存在安全隐患。因此，废旧蓄电池的回收利用显得十分重要和必要。
对于现今的废旧蓄电池的回收产业就是将已经报废的蓄电池集中回收，然后通过现有的工艺技术去回收电池中的金属材料，如镍、钴、锰、铜、铝、锂等元素，最后将这些金属材料再次循环利用回动力电池包中。目前我国的废旧蓄电池回收再利用产业，正作为一个新兴的产业领域，先处于起步阶段。
由此对于废旧蓄电池进行回收工作显得十分必要和重要，其必要性在于废旧蓄电池对环境的危害性；重要性在于废旧蓄电池中的金属材料的经济价值和再利用价值。
现如今我们常见的汽车蓄电池为铅酸蓄电池，其最明显的特征是在它的顶部有可拧开的塑料密封盖，上面还有通气孔。上面的注液盖是用来加注纯水、检查电解液和排放气体用的。
蓄电池中含有的汞、镉、铅等金属物质的危害，污染一旦发生将很难修复。废旧蓄电池如若不妥当处理，会有如下危害：电解质溶液（蓄电池中的酸、碱）和重金属对环境造成严重污染。对于不同类型、材料的电池，它的污染物也不同。一般来说，电池中的有害物质主要有锌、汞、氰化物、铅等重金属材料。同时，废旧蓄电池的塑料或是内部的金属材料、电解液、电解质盐以及电极废料都具有回收价值。对于废旧蓄电池进行资源化回收，不但可以减少废旧蓄电池对于环境的污染，带来显著环境效益，还能实现电池中资源组分的充分回收利用，产生巨大经济效益，同时积极响应国家发展循环经济、建设节约型社会的发展战略。
由于废旧家电等产品在拆解过程中存在着工作量大，劳动环境差的问题。而且废旧蓄电池的拆解也都是重复的机械性操作。由此提出可以通过结合工业机器人以及机器人仿真系统，规划蓄电池自动拆解的路径。这个想法则需要设计开发专用的自动化拆解系统，以工业机器人为平台，通过深度图像来获取被拆解对象的几何特征，并对拆解路径进行规划，从而实现被拆解对象的分离过程。
1.2 国内外发展现状
针对目前产品的生命周期而言，主要包括有准备原材料、制造、装配、产品的使用及报废、回收、拆解再利用这几个过程，如图11所示。
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图14 产品生命周期的过程
拆解作为处理废旧产品的一个重要步骤之一，可以回收再利用产品中的剩余价值，减少随意丢弃后产品对环境的污染。在回收处理行业，拆解在很大程度上限于人工手工劳动，随着人的劳动成本日益增高，自动化拆解工作愈发必要。然而，拆解过程的不确定性和复杂性阻碍了拆解自动化的发展。
布伦瑞克工业大学Herrmann教授提出拆解自动化发展中需要考虑的几个方面，包括机械系统、视觉系统和智能规划器[2]。此外，与装配过程的自动化不同，拆解自动化需要处理许多产品和过程级别的复杂性和不确定性。为了解决这个问题，在系统上实现了认知机器人学原理，以增加灵活性和所需的自主程度。
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