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   【摘要】目前在生產(chǎn)線上的搬運(yùn)工業(yè)機(jī)器人大都是通過(guò)預(yù)先編程，并按固定的路徑執(zhí)行動(dòng)作，目標(biāo)物體的初始位置和目標(biāo)位置都是固定的,機(jī)器人只是完成點(diǎn)到點(diǎn)的動(dòng)作。而對(duì)于拾取輸送線上位置不確定的物體如面包，袋裝食品等物體，沿固定軌跡運(yùn)行的機(jī)械手就無(wú)能為力了。為保證搬運(yùn)工業(yè)機(jī)器人順利完成這類(lèi)在線拾放的工作任務(wù),需引入視覺(jué)進(jìn)行識(shí)別定位，引導(dǎo)工業(yè)機(jī)器人完成對(duì)工件的拾取和放置等操作。使用視覺(jué)引導(dǎo)的機(jī)械手在動(dòng)作執(zhí)行速度，放置精度和重復(fù)穩(wěn)定性方面都較人工有很大優(yōu)勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】機(jī)器視覺(jué)；機(jī)械手；降低成本

  傳統(tǒng)袋裝食品生產(chǎn)線或陶瓷生產(chǎn)線上都配有大量的工人來(lái)收集傳送帶上的成品，然后放置到托盤(pán)上，不僅工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且企業(yè)要使用大量人手工作，也增加了人力資源的成本。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)機(jī)械手自動(dòng)拾放系統(tǒng)來(lái)滿足這類(lèi)廠家的生產(chǎn)需要。

  1 系統(tǒng)概況 

  系統(tǒng)由臺(tái)達(dá)DMV系列視覺(jué)傳感器與卡諾普公司的機(jī)械手配合，通過(guò)以太網(wǎng)通訊的方式，把檢測(cè)數(shù)據(jù)傳送到機(jī)械手系統(tǒng)，并由機(jī)械手實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體的拾放。

  2 系統(tǒng)設(shè)備配置

  2.1 系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)介  

  根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)的要求，從經(jīng)濟(jì)性和系統(tǒng)可靠性的角度出發(fā)，選擇控制系統(tǒng)的元器件。

  機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可選擇臺(tái)達(dá)DMV1000控制器，擁有80萬(wàn)像素?cái)z像頭，25mm 百萬(wàn)像素級(jí)別鏡頭，以及紅色LED環(huán)形光源。

  2.2 臺(tái)達(dá)DMV1000視覺(jué)控制器特點(diǎn)

  臺(tái)達(dá)DMV1000視覺(jué)控制器特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：

（1）內(nèi)建操作系統(tǒng)，小型化體積，無(wú)需搭配PC操作；
（2）流程化操作接口，降低使用者設(shè)定上的復(fù)雜度；
（3）提供多樣檢測(cè)功能，滿足大部份應(yīng)用需求；
（4）工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)，符合于震動(dòng)、高溫等生產(chǎn)環(huán)境；
（5）支持雙攝影機(jī)同步檢測(cè) (80萬(wàn)畫(huà)素之1394a攝影機(jī))；
（6）I/O、RS232、Ethernet、USB等多樣外部通訊方式；
（7）SD 記憶卡儲(chǔ)存裝置；
（8）提供操作器及PC軟件設(shè)定接口；

  目前DMV產(chǎn)品已擁有大量的圖形工具，包括面積測(cè)量、邊緣位置、邊緣計(jì)數(shù)、 邊緣寬度、邊緣節(jié)距、邊形比對(duì)、邊緣角度、斑點(diǎn)偵測(cè)、影像強(qiáng)度、污點(diǎn)檢測(cè)、邊緣追蹤及寬度追蹤。其檢測(cè)系統(tǒng)使用了專用的視覺(jué)LED光源，主要有三大特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)，使用壽命長(zhǎng)，一萬(wàn)到三萬(wàn)小時(shí)左右。如果選用頻閃的功能，LED壽命將更長(zhǎng)，而且LED的通斷速度快，可在10微秒達(dá)到最大亮度；其次，LED有不同的顏色不同的波長(zhǎng)，用戶可以根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的特征選用不同波長(zhǎng)的光源，以突出檢測(cè)特征從而達(dá)到理想的效果；最后，穩(wěn)定性好，LED燈采用直流供電，克服了交流供電時(shí)出現(xiàn)的工頻頻閃現(xiàn)象，保持了獲取圖像的一致性。圖1為系統(tǒng)控制圖。
 
                  
                                   圖1 系統(tǒng)控制圖

  如圖2所示，當(dāng)目標(biāo)物體從流水線出來(lái)，以隨機(jī)的姿態(tài)進(jìn)入機(jī)器視覺(jué)的視野后，由上位機(jī)觸發(fā)視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行取像，然后把圖像信息傳輸給圖像處理器GPU。通過(guò)圖像處理器的運(yùn)算，計(jì)算出產(chǎn)品的重心位置（XY坐標(biāo)和角度θ），下圖顯示出機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)出視野里出現(xiàn)了7個(gè)目標(biāo)物體，這7個(gè)物體的位置數(shù)據(jù)將通機(jī)器視覺(jué)自帶的通訊口與上位機(jī)進(jìn)行通訊，最后由上位機(jī)發(fā)送指令給機(jī)械手執(zhí)行動(dòng)作。

  此外，臺(tái)達(dá)DMV產(chǎn)品還支持RS232/RS485、Ethernet(10BASE-T)和臺(tái)達(dá)DVP PLC-Link等通訊方式。市面上幾家大的機(jī)械手廠家包括ABB、KUKA以及Staubli均支持DMV的通訊接口。經(jīng)過(guò)程序優(yōu)化，機(jī)械手的抓取速度可達(dá)到200個(gè)/分鐘，定位誤差小于0.5mm，角度誤差小于1°。
 
                 
                              圖2 機(jī)器視覺(jué)圖像顯示圖

  2.3 技術(shù)性能及系統(tǒng)參數(shù)

  檢測(cè)內(nèi)容：產(chǎn)品中心的XY位置及角度θ

通訊方式：通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送產(chǎn)品的位置數(shù)據(jù)到上位機(jī)（PLC，工控機(jī)）
FOV（檢測(cè)視野）：200×150mm
WD（工作距離）：800mm

  3 DMV控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  作為位置測(cè)量系統(tǒng)的DMV，除供電電源外，觸發(fā)信號(hào)和位置坐標(biāo)值輸出都是通過(guò)以太網(wǎng)口與上位機(jī)進(jìn)行通訊，圖3為DMV的接線端子圖。
  
                 
                               圖3為DMV的接線端子圖

  臺(tái)達(dá)DMV視覺(jué)系統(tǒng)支持modbus TCP/IP，現(xiàn)以Trigger來(lái):在RS485時(shí)，當(dāng)輸入命令【:010610000001E8 CR LF】時(shí)，DMV會(huì)執(zhí)行trigger檢測(cè)動(dòng)作。

  圖4為機(jī)械手與DMV通訊的參考代碼，其中機(jī)械手觸發(fā)DMV和讀取x坐標(biāo)指令，y和角度的略去。
 
                   
                     圖4 機(jī)械手與DMP通訊的參考代碼

 4 結(jié)束語(yǔ)

  該檢測(cè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)合適的選型、較好的硬件配置及完善的程序設(shè)計(jì)，完全滿足用戶要求。此外，該系統(tǒng)還具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：首先，加工生產(chǎn)效率高（大約每秒鐘拾取3個(gè)產(chǎn)品）；其次，靈活性好，通過(guò)簡(jiǎn)單的視教動(dòng)作，即可實(shí)現(xiàn)多種不同規(guī)格產(chǎn)品的檢測(cè)；第三，大大減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

  隨著國(guó)內(nèi)人力成本的增長(zhǎng)以及加工企業(yè)對(duì)品質(zhì)，產(chǎn)能要求的不斷提升，對(duì)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)介入生產(chǎn)領(lǐng)域取代人工進(jìn)行測(cè)量，檢測(cè)的需求將呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家制造業(yè)的機(jī)器人使用率較10年前有近10倍的增幅。實(shí)際上，在精密電子行業(yè)，使用機(jī)器視覺(jué)，機(jī)械手進(jìn)行產(chǎn)品尺寸測(cè)量，外觀檢測(cè)，對(duì)位等應(yīng)用已非常成熟，在一些高精度的對(duì)位應(yīng)用里，機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品的測(cè)量精度已大大超載人工檢測(cè)的分辨率和精度。

  作者簡(jiǎn)介：

  李景昌，出生1974年，畢業(yè)于廣東工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)控制專業(yè)。現(xiàn)任中達(dá)電通股份有限公司高級(jí)視覺(jué)應(yīng)用工程師，從事臺(tái)達(dá)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用推廣。