通用視覺機器人開發應用設計

萬君

摘 要：本文主要介紹在B&R控制器中基于貝加萊AS軟件平臺開發的標準化界面應用的EFORT視覺機器人，介紹視覺軟件系統設計思路和控制原理。

關鍵詞：TCP通信；視覺機器人；標準化界面；歐拉角轉換；視覺系統；坐標系

中圖分類號 ： TP24 文獻標識碼 ： A

一、前言

工業機器人屬于典型的機電一體化高科技產品。21世紀是高科技術的世紀，由于城填人口數量的減少，用工難的今天，視覺機器人將在生產中智能替代人工的生產，特別是在一些環境惡劣的情況下的生產。奇瑞發動機車間應用的是采用安徽埃夫特自主開發的視覺機器人.該視覺控制系統采用”PC-BASE”構架形式，結構精簡，操作簡單因此在生產應用中可極大的提高生產節拍與工作效率，同時減輕生產員工的工作強度與密度.我們從開發的角度剖析機器人的應用.

二、硬件架構

1電源控制面板：接通或斷開控制單元的電源電壓，給電機上電，去電功能

2散熱片：對工控機、驅動器和各電器元件起到散熱效果

3視覺工控機：用于計算和存儲視覺系統所拍攝位置、狀態，并傳輸和接收機器人數據

4機器人控制器：采用內置英特爾雙核處理器的高性能、高可靠性的貝加萊工業計算機APC820，集分析運算和運動控制于一體。APC820是針對各種惡劣環境而設計的.

5電源模塊：提供伺服驅動器直流電源，通過連接器給伺服驅動器提供電源實現共直流母線電壓

6輔助電源模塊：一個輸出24V直流電源，給輔助設備電路供電的饋線或整流模塊

7伺服驅動：電機伺服控制單元，見圖1。

三、軟硬件模塊開發流程和界面程序（見圖2、圖3、圖4）

1圖像處理模塊：照相機實時捕捉圖像，處理轉化后和初始圖像進行處理比較，找出圖像中差異的位置通過TCP傳輸。

2 TCP通信模塊：視覺系統通過以太網連接貝加萊控制器，控制器可以作客戶機或服務器實時傳輸數據，：定義結構體用于視覺系統傳輸位姿給機器人和機器人實時反饋位姿和信號狀態數據給視覺系統。

3位置轉換模塊：把視覺系統的位姿轉換為機器人的位姿傳輸給機器人，控制機器人運行。

4軌跡規劃模塊：進行運動軌跡規劃和速度規劃，根據機器人當前的位置和目標位置，選擇最優的運動軌跡（直線、圓弧、不規則曲線等運動軌跡），然后對軌跡、速度進行插補，插補值調用機器人運動學算法計算軌跡的可靠性，再把實時插補的位置、速度傳送給運動控制模塊。

5運動控制模塊：根據實時插補的值結合加速度、加加速度等控制參數給驅動器。

6伺服模塊：根據控制器所發送數據，結合各伺服控制參數，驅動電機以最快響應和速度運行到各個位置。

四、機器人精度標定和視覺軟件處理

1精度標定

（1）機器人精度標定

機器人運動前，需要用激光跟蹤儀標定準確各軸桿長、零點、減速比、耦合比等機械參數，給運動學、控制器系統，機器人才能按理論軌跡運行準確。行到指定點。

（2）機器人相對于視覺照相機位置標定

通過三點法、六點法標定機器人相對于視覺照相機的X、Y、Z方向距離給位置轉化模塊，確定機器人坐標系相對于照相機坐標系的轉化關系。

2視覺處理軟件

（1）固定視覺系統標定模塊

視覺系統安裝在固定位置相當于給機器人建立照相機一個用戶坐標系，此模塊用于運算機器人和固定視覺系統之間位姿轉換關系，。

（2）移動視覺系統標定模塊

視覺系統安裝在機器人末端法蘭位姿相當于給機器人建立照相機一個工具坐標系，隨著機器人運動而實時改變位置，此模塊用于運算機器人和動態視覺系統之間位姿轉換關系。

（3）后臺狀態處理模塊

實時處理傳輸機器人、視覺系統和以太網的運行通信狀態以及出錯狀態處理。

五、視覺應用

正當前，國內工業生產已大量使用視覺機器人，譬如：汽車、摩托車、工程機械、農業機械以及家電產品等等，然而市場百分之九十都被國外機器人占據。基于埃夫特自主開發的視覺機器人已經在奇瑞車間得到廣泛應用，相信在不久的將來，國內自主開發的視覺機器人

的應用會越來越多。

參考文獻

[1] 焦國太 ，馮永和 ，王鋒 ，等. 多因素影響下的機器人綜合位姿誤差分析方法[J].應用基礎與工程科學學報 ， 2004， 12 （4） ： 435 - 442 .

[2] 宋月娥，吳林，田勁松等. 用于機器人離線編程的工件標定算法研究[J]. 哈爾濱工業大學學報，2002，34（6）： 735～738.

[3] 葉聲華，王一，任永杰等. 基于激光跟蹤儀的機器人運動學參數標定方法[J].天津大學學報，2007，40（2）： 203～205.

[4] Xiaolin Zhong， John M.Lewis， Francis L.N.Nagy. Autonomous robot calibrationusing a trigger probe [J]. Robotics and Autonomous systems， 1996， 18： 395～410.

[5] 熊有倫. 機器人技術基礎. 武漢： 華中科技大學出版社，1996 .

[6] M. Abderrahim， A.R.Whittaker. Kinematic model. Identification of industrial manipulator [J]. Robotics and computer integrated manufacturing， 2000， 16： 1～8.endprint

摘 要：本文主要介紹在B&R控制器中基于貝加萊AS軟件平臺開發的標準化界面應用的EFORT視覺機器人，介紹視覺軟件系統設計思路和控制原理。

關鍵詞：TCP通信；視覺機器人；標準化界面；歐拉角轉換；視覺系統；坐標系

中圖分類號 ： TP24 文獻標識碼 ： A

一、前言

工業機器人屬于典型的機電一體化高科技產品。21世紀是高科技術的世紀，由于城填人口數量的減少，用工難的今天，視覺機器人將在生產中智能替代人工的生產，特別是在一些環境惡劣的情況下的生產。奇瑞發動機車間應用的是采用安徽埃夫特自主開發的視覺機器人.該視覺控制系統采用”PC-BASE”構架形式，結構精簡，操作簡單因此在生產應用中可極大的提高生產節拍與工作效率，同時減輕生產員工的工作強度與密度.我們從開發的角度剖析機器人的應用.

二、硬件架構

1電源控制面板：接通或斷開控制單元的電源電壓，給電機上電，去電功能

2散熱片：對工控機、驅動器和各電器元件起到散熱效果

3視覺工控機：用于計算和存儲視覺系統所拍攝位置、狀態，并傳輸和接收機器人數據

4機器人控制器：采用內置英特爾雙核處理器的高性能、高可靠性的貝加萊工業計算機APC820，集分析運算和運動控制于一體。APC820是針對各種惡劣環境而設計的.

5電源模塊：提供伺服驅動器直流電源，通過連接器給伺服驅動器提供電源實現共直流母線電壓

6輔助電源模塊：一個輸出24V直流電源，給輔助設備電路供電的饋線或整流模塊

7伺服驅動：電機伺服控制單元，見圖1。

三、軟硬件模塊開發流程和界面程序（見圖2、圖3、圖4）

1圖像處理模塊：照相機實時捕捉圖像，處理轉化后和初始圖像進行處理比較，找出圖像中差異的位置通過TCP傳輸。

2 TCP通信模塊：視覺系統通過以太網連接貝加萊控制器，控制器可以作客戶機或服務器實時傳輸數據，：定義結構體用于視覺系統傳輸位姿給機器人和機器人實時反饋位姿和信號狀態數據給視覺系統。

3位置轉換模塊：把視覺系統的位姿轉換為機器人的位姿傳輸給機器人，控制機器人運行。

4軌跡規劃模塊：進行運動軌跡規劃和速度規劃，根據機器人當前的位置和目標位置，選擇最優的運動軌跡（直線、圓弧、不規則曲線等運動軌跡），然后對軌跡、速度進行插補，插補值調用機器人運動學算法計算軌跡的可靠性，再把實時插補的位置、速度傳送給運動控制模塊。

5運動控制模塊：根據實時插補的值結合加速度、加加速度等控制參數給驅動器。

6伺服模塊：根據控制器所發送數據，結合各伺服控制參數，驅動電機以最快響應和速度運行到各個位置。

四、機器人精度標定和視覺軟件處理

1精度標定

（1）機器人精度標定

機器人運動前，需要用激光跟蹤儀標定準確各軸桿長、零點、減速比、耦合比等機械參數，給運動學、控制器系統，機器人才能按理論軌跡運行準確。行到指定點。

（2）機器人相對于視覺照相機位置標定

通過三點法、六點法標定機器人相對于視覺照相機的X、Y、Z方向距離給位置轉化模塊，確定機器人坐標系相對于照相機坐標系的轉化關系。

2視覺處理軟件

（1）固定視覺系統標定模塊

視覺系統安裝在固定位置相當于給機器人建立照相機一個用戶坐標系，此模塊用于運算機器人和固定視覺系統之間位姿轉換關系，。

（2）移動視覺系統標定模塊

視覺系統安裝在機器人末端法蘭位姿相當于給機器人建立照相機一個工具坐標系，隨著機器人運動而實時改變位置，此模塊用于運算機器人和動態視覺系統之間位姿轉換關系。

（3）后臺狀態處理模塊

實時處理傳輸機器人、視覺系統和以太網的運行通信狀態以及出錯狀態處理。

五、視覺應用

正當前，國內工業生產已大量使用視覺機器人，譬如：汽車、摩托車、工程機械、農業機械以及家電產品等等，然而市場百分之九十都被國外機器人占據。基于埃夫特自主開發的視覺機器人已經在奇瑞車間得到廣泛應用，相信在不久的將來，國內自主開發的視覺機器人

的應用會越來越多。

參考文獻

[1] 焦國太 ，馮永和 ，王鋒 ，等. 多因素影響下的機器人綜合位姿誤差分析方法[J].應用基礎與工程科學學報 ， 2004， 12 （4） ： 435 - 442 .

[2] 宋月娥，吳林，田勁松等. 用于機器人離線編程的工件標定算法研究[J]. 哈爾濱工業大學學報，2002，34（6）： 735～738.

[3] 葉聲華，王一，任永杰等. 基于激光跟蹤儀的機器人運動學參數標定方法[J].天津大學學報，2007，40（2）： 203～205.

[4] Xiaolin Zhong， John M.Lewis， Francis L.N.Nagy. Autonomous robot calibrationusing a trigger probe [J]. Robotics and Autonomous systems， 1996， 18： 395～410.

[5] 熊有倫. 機器人技術基礎. 武漢： 華中科技大學出版社，1996 .

[6] M. Abderrahim， A.R.Whittaker. Kinematic model. Identification of industrial manipulator [J]. Robotics and computer integrated manufacturing， 2000， 16： 1～8.endprint

摘 要：本文主要介紹在B&R控制器中基于貝加萊AS軟件平臺開發的標準化界面應用的EFORT視覺機器人，介紹視覺軟件系統設計思路和控制原理。

關鍵詞：TCP通信；視覺機器人；標準化界面；歐拉角轉換；視覺系統；坐標系

中圖分類號 ： TP24 文獻標識碼 ： A

一、前言

工業機器人屬于典型的機電一體化高科技產品。21世紀是高科技術的世紀，由于城填人口數量的減少，用工難的今天，視覺機器人將在生產中智能替代人工的生產，特別是在一些環境惡劣的情況下的生產。奇瑞發動機車間應用的是采用安徽埃夫特自主開發的視覺機器人.該視覺控制系統采用”PC-BASE”構架形式，結構精簡，操作簡單因此在生產應用中可極大的提高生產節拍與工作效率，同時減輕生產員工的工作強度與密度.我們從開發的角度剖析機器人的應用.

二、硬件架構

1電源控制面板：接通或斷開控制單元的電源電壓，給電機上電，去電功能

2散熱片：對工控機、驅動器和各電器元件起到散熱效果

3視覺工控機：用于計算和存儲視覺系統所拍攝位置、狀態，并傳輸和接收機器人數據

4機器人控制器：采用內置英特爾雙核處理器的高性能、高可靠性的貝加萊工業計算機APC820，集分析運算和運動控制于一體。APC820是針對各種惡劣環境而設計的.

5電源模塊：提供伺服驅動器直流電源，通過連接器給伺服驅動器提供電源實現共直流母線電壓

6輔助電源模塊：一個輸出24V直流電源，給輔助設備電路供電的饋線或整流模塊

7伺服驅動：電機伺服控制單元，見圖1。

三、軟硬件模塊開發流程和界面程序（見圖2、圖3、圖4）

1圖像處理模塊：照相機實時捕捉圖像，處理轉化后和初始圖像進行處理比較，找出圖像中差異的位置通過TCP傳輸。

2 TCP通信模塊：視覺系統通過以太網連接貝加萊控制器，控制器可以作客戶機或服務器實時傳輸數據，：定義結構體用于視覺系統傳輸位姿給機器人和機器人實時反饋位姿和信號狀態數據給視覺系統。

3位置轉換模塊：把視覺系統的位姿轉換為機器人的位姿傳輸給機器人，控制機器人運行。

4軌跡規劃模塊：進行運動軌跡規劃和速度規劃，根據機器人當前的位置和目標位置，選擇最優的運動軌跡（直線、圓弧、不規則曲線等運動軌跡），然后對軌跡、速度進行插補，插補值調用機器人運動學算法計算軌跡的可靠性，再把實時插補的位置、速度傳送給運動控制模塊。

5運動控制模塊：根據實時插補的值結合加速度、加加速度等控制參數給驅動器。

6伺服模塊：根據控制器所發送數據，結合各伺服控制參數，驅動電機以最快響應和速度運行到各個位置。

四、機器人精度標定和視覺軟件處理

1精度標定

（1）機器人精度標定

機器人運動前，需要用激光跟蹤儀標定準確各軸桿長、零點、減速比、耦合比等機械參數，給運動學、控制器系統，機器人才能按理論軌跡運行準確。行到指定點。

（2）機器人相對于視覺照相機位置標定

通過三點法、六點法標定機器人相對于視覺照相機的X、Y、Z方向距離給位置轉化模塊，確定機器人坐標系相對于照相機坐標系的轉化關系。

2視覺處理軟件

（1）固定視覺系統標定模塊

視覺系統安裝在固定位置相當于給機器人建立照相機一個用戶坐標系，此模塊用于運算機器人和固定視覺系統之間位姿轉換關系，。

（2）移動視覺系統標定模塊

視覺系統安裝在機器人末端法蘭位姿相當于給機器人建立照相機一個工具坐標系，隨著機器人運動而實時改變位置，此模塊用于運算機器人和動態視覺系統之間位姿轉換關系。

（3）后臺狀態處理模塊

實時處理傳輸機器人、視覺系統和以太網的運行通信狀態以及出錯狀態處理。

五、視覺應用

正當前，國內工業生產已大量使用視覺機器人，譬如：汽車、摩托車、工程機械、農業機械以及家電產品等等，然而市場百分之九十都被國外機器人占據。基于埃夫特自主開發的視覺機器人已經在奇瑞車間得到廣泛應用，相信在不久的將來，國內自主開發的視覺機器人

的應用會越來越多。

參考文獻

[1] 焦國太 ，馮永和 ，王鋒 ，等. 多因素影響下的機器人綜合位姿誤差分析方法[J].應用基礎與工程科學學報 ， 2004， 12 （4） ： 435 - 442 .

[2] 宋月娥，吳林，田勁松等. 用于機器人離線編程的工件標定算法研究[J]. 哈爾濱工業大學學報，2002，34（6）： 735～738.

[3] 葉聲華，王一，任永杰等. 基于激光跟蹤儀的機器人運動學參數標定方法[J].天津大學學報，2007，40（2）： 203～205.

[4] Xiaolin Zhong， John M.Lewis， Francis L.N.Nagy. Autonomous robot calibrationusing a trigger probe [J]. Robotics and Autonomous systems， 1996， 18： 395～410.

[5] 熊有倫. 機器人技術基礎. 武漢： 華中科技大學出版社，1996 .

[6] M. Abderrahim， A.R.Whittaker. Kinematic model. Identification of industrial manipulator [J]. Robotics and computer integrated manufacturing， 2000， 16： 1～8.endprint