視覺系統在工業機器人分揀系統的應用

摘 要：本文以大恒數字攝像機與廣州數控分揀機器人為例，介紹了視覺系統應用在工業機器人分揀系統中。對分揀機器人的軟硬件系統、調試步驟、程序設計作了較為詳細的說明，最終通過計算機控制分揀機器人完成物料分揀。

關鍵詞：工業機器人；視覺系統；傳送帶；分揀

工件分揀是工業生產中的一個重要環節。相對于傳統的人工分揀方式，因人工疲勞的問題和長時間作業來說，顯然無法滿足要求；即使采用6軸工業機器人也存在對工作環境感知能力低，使其效率收到了限制。隨之視覺系統的引入使分揀工業機器人對物料或工件有了位置和形狀的判斷，不但高效準確而且穩定持久，具有較大的優勢。

一、分揀系統功能

系統的主要功能和流程如下：

首先將攝像機和圖像識別軟件安打開，并進行參數設置；

接著，將分揀機器人程序打開，示教器打到再現模式；

然后，打開傳送帶調節移動速度，使物料勻速平穩的移動；

再后；通過視覺系統對傳送帶上的不同物料進行識別分類，定位物料中心點坐標（抓取點坐標）；

最后，由分揀工業機器人對工件進行抓取，并按照要求對物料進行分揀。

二、分揀系統硬件

物料分揀系統主要由蜘蛛手分揀機器人、物料傳送帶、視覺系統。工業機器人選用廣州數控設備有限公司C4-1000型工業機器人；傳送帶上的變頻器采用上海廿博三相迷你型變頻調速器；視覺系統選用的是大恒圖像水星系列數字攝像機，系統硬件組成框圖如圖1所示。

（一）蜘蛛手工業機器人

蜘蛛手分揀機器人屬于并聯機器人的一種，也具有并聯機器人的特點，由機器人本體、控制柜和示教器組成。并聯工業機器人具有4個自由度，驅動裝置可置于定平臺上或接近定平臺的位置。

根據這些特點，通過示教編程或視覺系統捕捉目標物體，由并聯的伺服軸確定抓具中心的空間位置，工作空間較小，但能夠高速拾取物體的特點。

（二）物料傳送帶

物料傳送帶是通過變頻器控制，采用單進三出的電源接線方式；適用于小型減速電機速度控制，性能穩定、恒扭力、體積小、操作方便，控制傳送帶速度配合機器人抓取物料。

（三）視覺檢測系統

攝像機采用大恒MER-200-14GM/GC采用Sony ICX274 CCD感光芯片，通過GigE數據接口進行圖像數據的傳輸，是高可靠性、高性價比的工業數字攝像機產品，具有高分辨率、高清晰度、高精度、低噪聲等特點。

視覺系統由二維視覺成像進行分析處理的軟件?？筛鶕a品固有的穩定形狀、輪廓、標識等特征進行匹配識別和角度校正，并通過與機器人建立共同點的坐標方向實現位置偏移，計算視野范圍內的機器人坐標。

三、系統軟件設計

軟件系統設計主要講解蜘蛛手機器人示教編程和視覺系統軟件設置這兩部分。以便將視覺系統采集到數據，準確的傳輸給蜘蛛手機器人完成分揀任務。

（一）視覺軟件設置

視覺攝像機、計算機與分揀工業機器人之間是通過Modbus/TCP協議通信，視覺系統的參數設置、標定十分重要。視覺軟件標定和設置步驟如下：

1）打開視覺軟件切換至設置模式頁面，將測量觸發設置選為空格觸發。

2）在單相機調試頁面中算法選擇為圓搜索，進入標定參數對話框，將參數的Vx和Vy參數清零，保存后退出。

3）相機標定調整標定板圓的排列方向與相機的坐標方向平行。在視野范圍內選定標定板上一個參考圓，將檢測框拉伸至只可識別該圓的大小，檢測框要大于圓，盡量讓圓心和方塊中心同心。

4）選擇開始測量并點擊標定坐標數值，然后按下空格鍵，此時將該像素坐標寫入標定參數對話框的X、Y軸坐標原點；選擇分析保存退出，緊接著點擊標定設置和確定，直至最后提示成功，相機標定完成。

5）建立模板將需要檢測的產品放一個在相機的視野下，框的中心點就是檢測該模板后定位的位置，所以ROI框的中心點必須與抓取該模板的中心位置重合。選上修改框架，點擊右鍵，在彈出的選項中選擇保存，建立模板完成。

（二）分揀機器人設置與示教編程

廣州數控工業機器人的程序編輯比較簡單，機器人也需要進行參數設置。

1）視覺配置：在系統設菜單上選擇視覺配置，選擇為默認值并保存，調試時可對參數工作半徑和起始半徑進行修改。

2）運動參數：在系統設菜單上選擇運動參數，選擇為默認值并保存數據設置。

3）建立機器人用戶坐標：機器人的運動方向要與標定板的相機圖像坐標方向相同。用戶坐標的原點必須與相機標定的原點為同一個點，選擇三點法建立坐標。在這里將對機器人進行用戶坐標設置，以配合視覺系統。

4）在視覺軟件標定參數對話框填入機器人的坐標數據。同時要根據機器人的夾具高度不同，設置Z軸的偏移量，保存標定完成。

5）新建程序可自由命名，程序編輯完成當示教檢查認為程序運行軌跡正確之后，就可以再現運行。將機器人示教到程序的第一運動點；切換模式開關到再現模式；啟動程序的運行。

程序部分如下：

（三）變頻器參數設置

通過面板上的FUN鍵，將P01的值為1，可通過調面板電位器來改變輸出的工作頻率。將P02的值設置為0，點亮指示燈。P06、P07參數來控制啟動和停止時的加減速。

四、系統調試

依次打開視覺系統和電腦電源、機器人控制柜電源，先將機器人打到再現模式，然后將視覺軟件選擇設置為空格觸發，按空格鍵觸發拍照檢測，發送坐標給機器人運行到該點，觀察尖點是否壓到圓心上。

然后將傳送帶變頻器電源打開，將視覺軟件選擇設置為自觸發，并且將測量間隔時間設置合理值（200～400）。選擇開始測量，將一個黑圓物體放在傳送帶上，讓其流過檢測區域，記錄像素速度和位移速度的平均值。將剛才記錄的速度值輸入到對應的參數設置并將機器人的運動參數、視覺設置等相關參數設置合理，和根據動作、功能編寫正確程序調試。

五、結語

本系統將工業機器人、工業數字攝像機、變頻器和以太網通訊等先進技術較好的融合在一起，可對工業現場的圣餐任務靈活設計，使工業自動化更智能、更快速。通過運行調試提高了工業機器人與視覺系統的理解和應用。

參考文獻：

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[2] 劉鳳臣，姚赟峰，劉黎明，金杰鋒，林紀良，郭湖兵.高速搬運機器人產業應用及發展[J].輕工機械，2012（02）.

作者簡介：

劉明，講師，研究方向：單片機技術、機電一體化技術、電氣自動化技術。