基于EPSON RC+與LABVIEW的六軸機械手視覺定位抓取

惠州學院電子信息與電氣工程學院 江澤佳 姚文樹 許逸坤 唐驥釗 江佳豐 汪成龍 謝 珩

基于EPSON RC+與LABVIEW的六軸機械手視覺定位抓取

惠州學院電子信息與電氣工程學院 江澤佳 姚文樹 許逸坤 唐驥釗 江佳豐 汪成龍 謝 珩

伴隨現代工業的發展,機械代替人工在很多領域內是一種必然趨勢.其中機械自動化的一個重要分支--機械手,在自動化工業中發揮著越來越重要的作用.本文基于愛普生C4系列的六軸機械手設計了一套視覺定位抓取系統.采用EPSON RC+7.0軟件調用動態鏈接庫從Labview采集的實時圖像中獲取工件位置信息,進而控制機械手和夾具在工作臺上對工件進行視覺定位抓取.該定位抓取系統的精度可達到2mm.

六軸機械手;視覺定位;EPSON RC+7.0;Labview

0 引言

目前,機械手在工業制造領域的應用越來越廣泛,在一些繁重的工作和危險性較高的工作上很好的代替了人工,這極大提高了工業制造效率.本文基于愛普生C4系列六軸機械手,利用視覺定位實現機械手對工作臺上的特定工件進行定位抓取,其中定位信息由Vision assistant與Labview從實時采集圖像中提取后生成動態鏈接庫由EPSON RC+7.0調用.

1 軟硬件設計思路

1.1 機械手控制系統的硬件設計

機械手的電源是由控制器提供的,控制器通過M/C Power線纜與機械手進行相連.另外,控制器與機械手之間的通信由M/C Signal線纜完成,該通信是雙向的.控制器在得到PC機的控制信號之后再經過M/C Signal線纜將信號傳送給機械手,以控制機械手做出相應的動作.工業相機通過USB 2.0與PC端直接連接,同時由USB端口進行調用.

圖1 硬件連接圖

PC端利用USB數據傳輸線與RC700進行通訊,完成定位工件和控制機械手的功能.此外,在機械手工具末端安裝了一個機械爪,它受控于單片機,而對單片機的控制則是由控制器來完成的.控制器通過RS-232C端口與STC89C52RC單片機進行通信,當單片機收到控制信號之后由單片機相應I/O口向舵機輸出脈沖控制信號,使機械爪張開或閉合,以實現對工件的自動抓取.框架如圖1所示.

1.2 視覺定位運動方案設計

以LABVIEW 2014和Vision assistant的結合實現對工業相機的調用,進而對工作臺上的工件進行定位,并輸出工件個數以及各個工件的坐標.編程的第一步是需要將相機的坐標與機械手的坐標建立聯系,在這個問題上選擇將相機的坐標原點與機械手的坐標原點設置為同一個點,從而建立起相機與機械手之間的坐標關系.

經過坐標合并之后,緊接著是對圖像進行初步處理,Vision assistant分別對相機采集到的圖像進行標定、矯正、灰度化、模板匹配等一系列操作,如圖2所示.

圖2 Vision assistant初步處理

結合實際軟硬件情況選擇了用Vision assistant進行標定,并且選擇point coordinates calibration這種標定方式.由于工業相機在采集圖像時不同角度的圖像會有不同畸變,所以必須首先對采集到的圖像進行標定和矯正,使后續的操作都是建立在矯正之后的圖像基礎上.經過Vision assistant的初步處理之后將程序生成Labview項目,在Labview中進行修改,如圖3所示.最后將匹配到的工件數量和各個工件坐標自動保存到txt文本里面,并且將這一系列Labview項目結合生成動態鏈接庫供EPSON RC+7.0調用.

在整個夾持過程中,控制器根據動態鏈接庫里提供的工件數對單片機和機械手進行相應次數控制.控制器通過RS-232C端口與單片機進行通信,當單片機收到控制信號之后通過單片機相應I/O口向機械爪舵機輸出脈沖控制信號,從而使機械手爪動作.具體流程如圖4所示.

圖4 軟件流程圖

2 整體調試

圖3 圖像處理

圖5 EPSON RC+7.0編程界面與運行顯示界面

對機械手的編程首先是設置功率、速度、加速度,調用LABVIEW生成的動態鏈接庫并執行,生成保存工件的個數和坐標的txt文件,EPSON RC+7.0讀取該文件并輸出工件個數和各個工件的坐標到顯示窗口.圖5為EPSON RC+7.0編程界面與運行顯示界面,在圖中可看出當識別到工件后運行界面顯示出了工件個數和各個工件在工作臺上的坐標,同時在運行界面可以隨時停止機械手的動作.EPSON RC+7.0程序將工件坐標發送給機械手控制器,進而控制機械手移動到特定位置,移動的同時通過RS232給單片機發送信號,單片機在收到信號后控制爪子進行抓取,從而完成這一系列的操作.單片機根據工件的尺寸設置了兩個不同的波特率,分別控制數字舵機的張開和閉合,張開最大寬度為47mm,閉合寬度為30mm,所抓取工件尺寸為直徑30mm的鏤空圓柱體.該定位抓取系統的精度可達到2mm.

3 結語

本文基于愛普生C4系列的六軸機械手設計了一套視覺定位抓取系統.該系統采用EPSON RC+7.0軟件調用動態鏈接庫從LABVIEW采集的實時圖像中獲取工件位置信息,進而控制機械手和夾具在工作臺上對工件進行視覺定位抓取.該系統可以實現的功能有:

(1)可以實現規定形狀工件的定位識別;

(2)在定位識別的基礎上實現工件抓取,精度可達2mm.

[1]袁仁輝.基于機械手的雙目視覺定位抓取研究[D].燕山大學,2016.

[2]張智,鄒盛濤,李佳桐,李超.六自由度機械手三維可視化仿真研究[J].計算機仿真,2015,32(02):374-377+382.[2017-09-15].

[3]郭洪武.淺析機械手的應用與發展趨勢[J].中國西部科技,2012,11(10):3+12.[2017-09-15].

[4]王彥.基于視覺的機械手目標識別及定位研究[D].西安理工大學,2010.

江澤佳(1995-),廣東揭陽人,大學本科在讀,主要研究方向:智能控制.

姚文樹(1994-),廣東汕頭人,大學本科在讀,主要研究方向:智能控制.

許逸坤(1995-),廣東汕頭人,大學本科在讀,主要研究方向:智能控制.

唐驥釗(1995-),廣東汕尾人,大學本科在讀,主要研究方向:智能控制.

江佳豐(1995-),廣東揭陽人,大學本科在讀,主要研究方向:智能控制.

汪成龍(1986-),男,湖北人,教師,主要從事機器視覺等教學與科研工作.

謝珩(1974-),女,廣西人,教師,主要從事智能控制的教學工作.