基于眾為興ar5215機(jī)械臂及avs1100視覺抓取應(yīng)用

何家恒

【摘 要】本文通過眾為興ar5215四軸機(jī)械臂及Avs1100視覺系統(tǒng)，利用ADTvision圖像處理軟件，單目視覺對(duì)機(jī)械手及攝像機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定。通過圖像處理軟件對(duì)抓取物體進(jìn)行識(shí)別，并用機(jī)械手進(jìn)行靜態(tài)抓取驗(yàn)證研究結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】ADTECH；標(biāo)定；機(jī)器視覺；圖像處理

Application Research of Vision Crowling Robot Base on Adtech ar5215 Robot & Avs1100 Vision System

HE Jia-heng

【Abstract】ADTECH ar5215 four-axis robot and Avs1100 visual system， ADTvision image processing software is introduced in this paper. Monocular vision camera system were use to calibrate the robot. The object is identified by image processing software， and gripped by manipulator.

【Key words】ADTECH；calibration；machine vision；image processing

0 引言

工件識(shí)別與抓取機(jī)械臂的一項(xiàng)重要應(yīng)用，通過示教控制機(jī)械臂執(zhí)行預(yù)定動(dòng)作，一旦環(huán)境或目標(biāo)發(fā)生變化，機(jī)械臂不能適應(yīng)，導(dǎo)致抓取失敗。視覺處理的關(guān)鍵是攝像機(jī)的手眼標(biāo)定與圖像識(shí)別處理，具有快速和非接觸的特點(diǎn)，通過視覺引導(dǎo)機(jī)械臂進(jìn)行抓取搬運(yùn)作業(yè)，提高生產(chǎn)線智能率。

1 硬件組成及工作原理

1）視覺控制器：AVS1100工控機(jī) 帶兩個(gè)網(wǎng)口，SMAT卡，及ADTvision視覺軟件

2）工業(yè)相機(jī)：安裝于傳送帶上方，通過網(wǎng)線與視覺控制器通訊。

3）鏡頭：computar 12mm 1：1.4 2/3 定焦鏡頭

4）光源：平面LED光源，獲得高對(duì)比度高質(zhì)量圖像。

眾為興四軸機(jī)械臂：ar5215四軸機(jī)械臂，該機(jī)械臂有四個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，適合生產(chǎn)線上平面抓取，定位進(jìn)度0.01mm。

2 視覺系統(tǒng)的圖像采集及標(biāo)定

視覺系統(tǒng)的作用是采集圖像后，確定工件位置，把工件位置轉(zhuǎn)化為機(jī)械臂可以識(shí)別的坐標(biāo)信號(hào)，最后通過以太網(wǎng)接口與機(jī)械臂通訊傳遞坐標(biāo)。

ADTvision軟件界面如圖一所示，界面左邊為工具箱，中間為作業(yè)流程。通過鼠標(biāo)拖動(dòng)選擇相應(yīng)的工具拖動(dòng)到作業(yè)流程界面，即可生成圖像采集的作業(yè)流程。本文的作業(yè)流程是1圖像采集，2邊緣定位，3用戶坐標(biāo)，4以太網(wǎng)通訊。

2.1 采集圖像及其設(shè)置

采集圖像主要是通過設(shè)置及調(diào)節(jié)攝像機(jī)，獲取清晰的現(xiàn)場(chǎng)圖片。

從工具箱界面拖取圖像工具中的“采集圖像”，到作業(yè)流程界面，如圖一。雙擊作業(yè)流程中的“采集圖像”彈出采集圖像界面，如圖一“采集圖像窗口”。將“圖像采集”窗口中的觸發(fā)模式調(diào)為“off”，即可在圖像界面中看到鏡頭的實(shí)時(shí)場(chǎng)景，如圖一“實(shí)時(shí)圖像”。通過調(diào)節(jié)攝像機(jī)的光圈和焦距，獲得對(duì)焦清晰、亮度對(duì)比度較高的圖像。

2.2 邊緣定位創(chuàng)建模板

邊緣定位創(chuàng)建模板主要是通過工件邊緣輪廓提取，識(shí)別出工具的位置，為后續(xù)的抓取提供坐標(biāo)。

在工具箱界面定位工具中拖取“邊緣定位” 到作業(yè)流程界面。雙擊“邊緣定位”彈出“邊緣定位”模板設(shè)置界面，如圖二所示。其中“模板匹配最低分?jǐn)?shù)”指拍攝圖像與模板的匹配率，可設(shè)“0-99”，設(shè)置過低會(huì)造成誤識(shí)別，設(shè)置過高會(huì)造成識(shí)別困難。

雙擊模板，會(huì)彈出“邊緣模板學(xué)習(xí)”窗口。本文對(duì)瓶蓋邊緣進(jìn)行識(shí)別。首先選擇“單ROI模式”并選擇“ROI類型圓形”，用圓形框取瓶蓋外緣，如圖三所示。此時(shí)的綠色邊緣，為本文需要的瓶蓋邊緣的模板。點(diǎn)擊“創(chuàng)建模板”完成模板創(chuàng)建的流程。

2.3 攝像機(jī)的標(biāo)定，標(biāo)定板特征信息提取

攝像機(jī)的標(biāo)定，標(biāo)定板的特征信息提取是建立起視覺與機(jī)械臂聯(lián)系的重要步驟，標(biāo)定的準(zhǔn)確度將直接影響到抓取的準(zhǔn)確度。本文采用100mm尺寸的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定板進(jìn)行標(biāo)定。

在工具箱界面標(biāo)定工具中拖取“用戶坐標(biāo)” 到作業(yè)流程界面，如圖一所示。雙擊“用戶坐標(biāo)”彈出“用戶坐標(biāo)”設(shè)置界面，如圖四所示。根據(jù)攝像頭的特性調(diào)整參數(shù)，點(diǎn)擊“開始標(biāo)定”進(jìn)行圖像采集如圖五所示。標(biāo)定板為7*7共49個(gè)圓靶構(gòu)成的黑色矩陣，以圓心作為標(biāo)定點(diǎn)。固定攝像機(jī)位置，點(diǎn)擊“采集”按鈕，攝像機(jī)對(duì)放置在檢測(cè)平面上不同位置的標(biāo)定板拍照，板需放在攝像機(jī)完全拍攝到的區(qū)域，否則會(huì)導(dǎo)致“標(biāo)定失敗”，標(biāo)定范圍需包括要機(jī)械臂抓取的所有區(qū)域。連續(xù)拍攝10張以上的圖片點(diǎn)擊“結(jié)束標(biāo)定”按鈕，彈出標(biāo)定成功。最后一幅圖像標(biāo)定完后，需保持標(biāo)定板位置固定不變，以保留給機(jī)械臂作為用戶坐標(biāo)標(biāo)定依據(jù)。

2.4 網(wǎng)絡(luò)及作業(yè)設(shè)置

網(wǎng)絡(luò)及作業(yè)設(shè)置的最重要作用是和機(jī)械臂建立通訊，并對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)處理使機(jī)械臂能完成視覺抓取。

在工具箱界面通訊工具中拖取“以太網(wǎng)”到作業(yè)流程界面。雙擊“以太網(wǎng)”彈出“以太網(wǎng)設(shè)置”窗口。點(diǎn)擊“關(guān)閉網(wǎng)口”按鈕，可對(duì)“服務(wù)器IP”（機(jī)械臂主機(jī)IP），“服務(wù)器端口”（機(jī)械臂接收數(shù)據(jù)端口），“本地IP”（視覺系統(tǒng)IP），“本地端口”（視覺系統(tǒng)的端口）進(jìn)行設(shè)置。

3 機(jī)械臂的坐標(biāo)設(shè)置及讀取

通過合理的設(shè)置機(jī)械臂坐標(biāo)并與視覺系統(tǒng)的通訊，機(jī)械臂獲取視覺系統(tǒng)的坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)抓取。

3.1 機(jī)械臂添加用戶坐標(biāo)的設(shè)定

機(jī)械臂添加用戶坐標(biāo)的目的是在機(jī)器人中建立用戶坐標(biāo)1（UCrd1），方便抓取工件時(shí)調(diào)用，建立起機(jī)械臂與視覺系統(tǒng)的聯(lián)系。

在“機(jī)器人工程”菜單中，長(zhǎng)按或點(diǎn)擊右鍵，選擇添加，在彈出菜單中再選擇視覺。選取后，已添加視覺選項(xiàng)。

3.2 機(jī)械臂視覺配置用戶坐標(biāo)設(shè)定

機(jī)械臂的視覺配置主要是在機(jī)械臂上通過端口設(shè)置建立與視覺系統(tǒng)的通訊聯(lián)系，設(shè)定網(wǎng)絡(luò)接收的格式，并進(jìn)行視覺系統(tǒng)用戶坐標(biāo)的標(biāo)定。

在“機(jī)器人工程”菜單中，視覺列表中配置，長(zhǎng)按或點(diǎn)擊右鍵，彈出窗口。點(diǎn)擊“打開”，出現(xiàn)“視覺配置窗口”，如圖五所示。在“視覺配置” 窗口中，可選擇“相機(jī)”（視覺系統(tǒng)攝像頭），“ 網(wǎng)絡(luò)模式”（視覺系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模式），“ IP”（視覺系統(tǒng)的IP），“端口”（視覺系統(tǒng)的發(fā)送端口），“網(wǎng)絡(luò)接收格式”（視覺系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)的格式），“用戶坐標(biāo)標(biāo)定”等。

點(diǎn)擊“用戶坐標(biāo)標(biāo)定”中的“標(biāo)定”按鈕，彈出“用戶坐標(biāo)標(biāo)定”窗口。點(diǎn)擊“Org”，移動(dòng)裝好頂針的機(jī)械臂，到最后一幅圖像標(biāo)定的標(biāo)定板原點(diǎn)處（即標(biāo)定板矩形框三角邊緣處），點(diǎn)擊“示教”按鈕。點(diǎn)擊“xx”，機(jī)械臂到x軸盡頭，點(diǎn)擊“示教”按鈕。點(diǎn)擊“yy”， 移到y(tǒng)軸盡頭點(diǎn)擊“示教”。完成以上三步后，點(diǎn)擊“用戶標(biāo)定”窗口的計(jì)算按鈕，軟件自動(dòng)計(jì)算出用戶坐標(biāo)1對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，如圖五所示。至此機(jī)械臂用戶坐標(biāo)標(biāo)定完成，視覺系統(tǒng)與機(jī)械臂坐標(biāo)對(duì)應(yīng)。

4 機(jī)械臂編程

5 結(jié)論

本文針對(duì)流水線工件進(jìn)行定位識(shí)別與抓取，通過ADTvision軟件，目標(biāo)板的標(biāo)定，建立圖像坐標(biāo)與機(jī)械臂坐標(biāo)之間的關(guān)系。通過模板匹配與圖像識(shí)別，識(shí)別出需要抓取的工件位置并轉(zhuǎn)化為坐標(biāo)，傳給機(jī)械臂控制機(jī)械臂精確抓取目標(biāo)并放置。實(shí)現(xiàn)了末端偏差1mm的抓取，定位精度較高，滿足工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線的需求。

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]