機(jī)器視覺(jué)條件下的工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、機(jī)器視覺(jué)條件下的工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：隨著工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展，機(jī)器人的智能水平影響著整個(gè)工業(yè)發(fā)展過(guò) 程，它們?cè)诂F(xiàn)代生產(chǎn)中的應(yīng)用也在不斷增加。在自動(dòng)化生產(chǎn)線上，機(jī)器人必須處 理、堆放、裝配和傳輸部件，并結(jié)合電控系統(tǒng)的信號(hào)傳輸和反饋。關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；機(jī)器視覺(jué)；近年來(lái)，機(jī)器人技術(shù)已成為現(xiàn)代高科技發(fā)展的重要方向，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療器 械、軍工等領(lǐng)域。當(dāng)前，大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人仍然使用“示教.再現(xiàn)”的方法，控制機(jī)器人完成 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的工作。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)、傳感器、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)器人的智能研究已 經(jīng)成為一個(gè)熱門(mén)話題。機(jī)器視覺(jué)以其信息量大、檢測(cè)范圍廣而得到廣泛應(yīng)用，對(duì)機(jī)器視覺(jué)伺 服控制

2、的研究也越來(lái)越多。一、視覺(jué)系統(tǒng)的原理視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明。工件搬運(yùn)針對(duì)的是規(guī)則幾何工件（圓柱、立方體、長(zhǎng)方體、厚度一 致），無(wú)遮擋問(wèn)題，工件從料斗推到輸送帶，由于輸送精度的偏差，導(dǎo)致工件中心位置的偏差。 為了使機(jī)器人準(zhǔn)確抓取和釋放工件位置，利用視覺(jué)系統(tǒng)功能計(jì)算位置偏差值，檢測(cè)工件中心 點(diǎn)的實(shí)際位置，通過(guò)PLC處理后將數(shù)據(jù)傳遞給機(jī)器人。機(jī)器人動(dòng)態(tài)調(diào)整和補(bǔ)償偏差值，從而 完成高精度抓取工作。視覺(jué)系統(tǒng)的任務(wù)。為了引導(dǎo)機(jī)器人工作，工件的形狀和顏色，二維坐標(biāo)的中心點(diǎn)捕獲（X, Y） 和電流的偏轉(zhuǎn)角工件相對(duì)于視覺(jué)模板收集通過(guò)補(bǔ)償機(jī)器人的視覺(jué)系統(tǒng)。圖像坐標(biāo)系與機(jī)器人 坐標(biāo)系連接，記錄機(jī)器人的進(jìn)給姿態(tài)。（1）工件

3、識(shí)別、定位。工件的識(shí)別和定位依賴(lài)于機(jī) 器視覺(jué)的圖像匹配過(guò)程。針對(duì)不同幾何形狀的工件創(chuàng)建形狀和顏色模板，利用顏色搜索工具 對(duì)工件顏色進(jìn)行識(shí)別，通過(guò)模板匹配方法定位目標(biāo)物體的坐標(biāo)，通過(guò)比較工件圖像和模板圖 像實(shí)現(xiàn)。創(chuàng)建標(biāo)識(shí)和定位模板。創(chuàng)建形狀（矩形定義為R，正方形定義為S，圓形定義為C）和 顏色（序列號(hào)0定義為藍(lán)色，序列號(hào)1定義為紅色）模板。合理地設(shè)置形狀模板樣本中的粗輪 廓和精輪廓值，可以獲得更完整的輪廓和更快的搜索速度。選擇倒角對(duì)象的內(nèi)輪廓作為模板， 避免了帶線的干擾，提高了匹配精度。合理地設(shè)置顏色模板參數(shù)，并將鼠標(biāo)移到對(duì)象上設(shè)置 顏色以收集顏色值。為了更準(zhǔn)確、快速地定位目標(biāo)，設(shè)置了模板縮放、

4、角度、模板最小匹配 百分比、一致性公差等參數(shù)，只有目標(biāo)對(duì)象參數(shù)與模板參數(shù)的差值在設(shè)置的范圍內(nèi)，才能定 位到。（2）相機(jī)標(biāo)定。在機(jī)器視覺(jué)中，為了確定空間物體表面某一點(diǎn)的三維幾何位置與其 在圖像中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的關(guān)系，必須建立攝像機(jī)成像的幾何模型。這些幾何模型參數(shù)就是攝 像機(jī)參數(shù)，求解這些參數(shù)的過(guò)程稱(chēng)為攝像機(jī)標(biāo)定。攝像機(jī)標(biāo)定結(jié)果的精度和算法的穩(wěn)定性直 接關(guān)系到工件的定位精度，從而影響到工件能否成功捕獲。因此，良好的相機(jī)標(biāo)定是后續(xù)工 作的前提。校準(zhǔn)過(guò)程如下。1）校準(zhǔn)前準(zhǔn)備。先將機(jī)器人以吸嘴為中心，示教一個(gè)Tool2坐 標(biāo)系。讓機(jī)器人吸收一把尺子，讓它出現(xiàn)在相機(jī)的視場(chǎng)中。通過(guò)改變機(jī)器人z軸的高度， 使尺

5、子的頂部與待測(cè)方形工件的頂面水平。將機(jī)器人示教中的工具選擇切換成Tool2并選 擇時(shí)間坐標(biāo)系。2）校準(zhǔn)過(guò)程。創(chuàng)建標(biāo)定模板，移動(dòng)機(jī)器人，讓它們出現(xiàn)在左上角的觀點(diǎn)，得 到圖像坐標(biāo)系和機(jī)器人坐標(biāo)，使機(jī)器人移動(dòng),反過(guò)來(lái)，讓目標(biāo)對(duì)象視圖的其他八個(gè)位置，獲取坐標(biāo)， 分別與校準(zhǔn)，觀察到x和y的像素大小的區(qū)別將會(huì)小于1?,如果差別大，可以校準(zhǔn)失敗。標(biāo)定 機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)中心在攝像機(jī)中的位置。讓目標(biāo)出現(xiàn)在視野中，獲得旋轉(zhuǎn)前的圖像坐標(biāo)。讓機(jī) 器人以吸嘴為中心旋轉(zhuǎn)約10度，得到旋轉(zhuǎn)后的圖像坐標(biāo)，計(jì)算旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)，顯示求解的 參數(shù)，并在計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)中心位置顯示中心標(biāo)記。獲取機(jī)器人的進(jìn)給姿態(tài)，取一個(gè)規(guī)則幾 何工件進(jìn)行檢測(cè)，

6、放置在輸送帶上。將一側(cè)置于輸送帶一側(cè)，調(diào)整機(jī)器人姿態(tài)，使吸力噴嘴 能夠吸收工件，得到機(jī)器人當(dāng)前坐標(biāo)值。當(dāng)需要調(diào)整機(jī)器人進(jìn)給高度時(shí)，可以手動(dòng)設(shè)置Z值。 校準(zhǔn)完成后，將相機(jī)輸出坐標(biāo)系統(tǒng)與機(jī)器人坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一。工件的顏色、形狀和位置坐標(biāo)將通過(guò)人工測(cè)試的視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別，數(shù)據(jù)信息將寫(xiě)入到機(jī)器人的PLC和寄存器中。（3）搬運(yùn) 機(jī)器人。機(jī)器人處理過(guò)程可以分為三個(gè)階段:捕獲前、處理期間和安裝后。清除前，機(jī)器人的 起點(diǎn)為機(jī)器人的零位置，清除點(diǎn)的位置信息通過(guò)PLC視覺(jué)系統(tǒng)傳送給機(jī)器人，無(wú)需任何指令 或指令。在搬運(yùn)過(guò)程中，機(jī)器人取下物料后，先垂直移動(dòng)，合理控制機(jī)器人速度，優(yōu)化行程， 提高速度，最大乘法率不超過(guò)50%

7、。安裝完成后，機(jī)器人在收集和搬運(yùn)后，被放置在三維倉(cāng) 庫(kù)的相應(yīng)位置。必須給出位置點(diǎn)，工作過(guò)程的終點(diǎn)必須是機(jī)器人的零點(diǎn)位置。二、視覺(jué)工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)處理系統(tǒng)、垂直關(guān)節(jié)機(jī)器人（RV - 4 FRL）,視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng),PLC系統(tǒng)和伺服驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)存在某些信息之間的相互作用，主視覺(jué)機(jī)器人工作站系統(tǒng)由大Q系列PLC,其他組成單位 應(yīng)該協(xié)作操作基于操作面板和Q - PLC系統(tǒng)的指令。視覺(jué)機(jī)器人搬運(yùn)系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 如圖1所示。急停開(kāi)關(guān)信號(hào):在緊急情況下，按下急停開(kāi)關(guān)，機(jī)器人立即停止運(yùn)行，確保操作人員和工 業(yè)機(jī)器人的安全。門(mén)開(kāi)關(guān)1和門(mén)開(kāi)關(guān)2信號(hào):輸入信號(hào)為兩個(gè)光柵。在操作過(guò)程中，

8、當(dāng)光柵檢 測(cè)到機(jī)器人工作區(qū)域有異物時(shí)，應(yīng)迅速停止工業(yè)機(jī)器人的操作，避免發(fā)生事故。視覺(jué)工業(yè)機(jī) 器人搬運(yùn)系統(tǒng)沒(méi)有使用光柵，所以?xún)蓚€(gè)門(mén)開(kāi)關(guān)輸入沒(méi)有開(kāi)發(fā)使用。手/自切換信號(hào):用于工業(yè) 機(jī)器人手動(dòng)模式操作和自動(dòng)模式操作的選擇和切換。當(dāng)選擇手動(dòng)模式時(shí)，工業(yè)機(jī)器人接收到 教學(xué)單元的運(yùn)行指令。當(dāng)選擇自動(dòng)模式時(shí)，機(jī)器人按程序指令運(yùn)行。工業(yè)機(jī)器人擴(kuò)展了輸入輸出單元的接口。作為一個(gè)完整的電氣控制系統(tǒng)，工業(yè)機(jī)器人 需要與其他工作單元進(jìn)行通信。因此，除了標(biāo)準(zhǔn)配置接口 CRUSR11，電氣控制系統(tǒng)，機(jī)器人控制器配置了一個(gè)擴(kuò)展的輸入輸出單元。系統(tǒng)采用2D- TZ368擴(kuò)展輸入-輸出單元，輸入16點(diǎn)，輸出16點(diǎn)。處理系統(tǒng)使用

9、一些輸入輸出點(diǎn)。輸入信 號(hào)中，停止、復(fù)位、啟動(dòng)、權(quán)1、信號(hào)1、信號(hào)2、信號(hào)3以及相機(jī)識(shí)別成功信號(hào)均來(lái)自于 PCL輸出模塊QYAIP。在輸出信號(hào)中，將信號(hào)4和X1輸入到PCL輸入模塊QX41，通過(guò)氣閥 直接驅(qū)動(dòng)氣閥的開(kāi)、關(guān)。目視檢查過(guò)程中系統(tǒng)的輸入和輸出信號(hào)固定智能攝像系統(tǒng)的機(jī)器人搬到高于工件，智能 攝像機(jī)將圖片和模板匹配的圖像，如果圖像匹配成功，將會(huì)按照用戶定義的匹配”的交流方式發(fā) 送到照片（機(jī)器人視覺(jué)處理系統(tǒng)定義匹配結(jié)果:匹配成功發(fā)送“1”，匹配不成功發(fā)送“0”），匹配 結(jié)果對(duì)應(yīng)于PCLS軟組件描述如表1所示。表1智能相機(jī)系統(tǒng)匹配結(jié)果對(duì)應(yīng)軟元件圖3 PCL輸出模塊QY41P接口電路總之，以機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)為核心，從工件識(shí)別與定位、攝像機(jī)標(biāo)定、工件搬運(yùn)等方面探討 了基