一種機器人分揀教學實訓平臺的視覺控制系統設計

武昌工學院 李 皓

本文根據應用型本科高校對機器視覺和機器人技術融合的實踐教學需求設計了分揀實訓平臺的視覺控制系統。對視覺控制系統的總體方案、硬件選型、電路連接進行了闡述。

1 設計背景

以工業機器人、機器視覺為核心的智能制造已經成為推動我們制造業轉型升級的重要手段。我校將原有的機器人分揀教學實訓平臺增加視覺單元，設計相應的視覺控制系統來融入機器視覺技術進行實踐教學來滿足社會需求。原有的分揀教學實訓平臺分揀精度低、柔性化程度不高，增加視覺單元后能將圖像轉化為分揀產品種類和坐標值，并將這些信息直接或間接傳遞給機器人，以實現機器人的自動抓取。提高了分揀系統的智能程度以及分揀的效率。

2 視覺控制系統總體方案（見圖1）

兼顧已有的設備通訊接口和盡量采用主流的通訊協議，視覺控制系統總體方案設計為：智能相機與視覺控制系統PLC之間通訊采用modbus協議進行數據交互，視覺控制系統PLC與主控PLC之間通訊采用modbus協議進行數據交互，視覺控制系統PLC外接一個觸發拍照用的光電傳感器，分揀的物品定為U盤。

3 視覺單元的主要硬件選型

視覺單元的硬件主要有智能相機、光學鏡頭、光源、光源控制器、PLC。

（1）工業智能相機：工業智能相機與光學鏡頭配合，共同組成圖像獲取單元，完成對圖像序列獲取工作。以相機的感光芯片主要有CCD和CMOS兩種，CMOS的靈敏度分辨率低于CCD。本設計選擇信捷電氣公司生產的SV4-30ML型相機，這款智能相機感光芯片為CCD，分辨率、清晰度、傳輸速度性能滿足設計要求。

（2）光學鏡頭：鏡頭最主要的功能可以實現光束的轉換調制，考慮到通用性，選擇了常用低畸變鏡頭。

（3）光源：LED燈具有功耗較小、響應速度快，因此將LED燈作為照明光源。U盤的定位和識別，主要是提取工件的邊緣特征，采用背光源會形成較明顯的邊緣陰影。故選擇背光源為光源的照明方案。

（4）光源控制器：光源控制器控制光源的亮度及照明狀態（亮滅），這里我們只需要對光源進行數字量的控制，選擇型號為SIC-242-TAB72的數字式光源控制器。

（5）視覺控制系統PLC：PLC采用SIMATIC S7-1200，它能實現簡單卻高度精確的自動化任務，性價比高。

4 視覺單元控制系統電路連接

智能相機從外部接受到觸發工作信號時，會通過光源控制器和PLC的連接來實現視覺單元進行工作，光源控制的IO端子與PLC的IO端子進行關聯實現，PLC外接傳感器或按鈕，通過程序可實現PLC對光源控制器的數字量控制，實現PLC對智能相機拍照的觸發，光源的亮度和開關的控制。PLC輸入端接入的拍照位傳感器，這里我們采用市面常用的歐姆龍NPN型光電傳感器，來實現相機的自動觸發。如圖2所示。

圖1 視覺控制系統總體方案圖

圖2 視覺單元控制系統電路連接圖

總結：在原有的機器人分揀實訓平臺上增加了視覺單元，設計了一種分揀教學實訓平臺視覺控制系統，將機器視覺和機器人技術進行了融合，滿足了這方面實踐教學的需求。