基于激光傳感的工業機器人定位技術

張楚晉 曾宇軒 周清正 陳麗莎 陳俊任

摘??要：為了實現機器人對工件的自動化定位及精確抓取，設計基于激光傳感的工業機器人定位系統。將工件以任意位置、任意角度放置在傳送帶上，工件運送到傳送帶底部后，機器人經由裝載在其末端的激光傳感器通過機器人的程序指令運動循環以達到掃描工件的效果，得到工件距離掃描起始點的距離與工件偏轉的角度，確定工件中心點，從而實現由程序指令控制的自動化工件定位，并將工件利用吸盤統一碼垛到同一位置上。

關鍵詞：工業機器人;工件定位;程序控制;激光傳感器

Industrial?robot?positioning?technology?based?on?laser?sensing

Zhang?Chujin??Zeng?Yuxuan??Zhou?Qingzheng??Chen?Lisha??Chen?Junren

Guangzhou?College?South?China?University?of?Technology??GuangdongGuangzhou??510800

Abstract：：In?order?to?realize?the?robot's?automatic?positioning?and?precise?grasping?of?the?workpiece，?an?industrial?robot?positioning?system?based?on?laser?sensing?is?designed.?Place?the?workpiece?on?the?conveyor?belt?at?any?position?and?at?any?angle.?After?the?workpiece?is?transported?to?the?bottom?of?the?conveyor?belt，?the?robot?passes?through?the?laser?sensor?loaded?at?the?end?of?the?robot?through?the?robot's?program?instruction?movement?cycle?to?achieve?the?effect?of?scanning?the?workpiece，?and?obtain?the?distance?between?the?workpiece?and?the?starting?point?The?distance?and?the?angle?of?the?workpiece?deflection?are?used?to?determine?the?center?point?of?the?workpiece，?so?as?to?realize?the?automatic?workpiece?positioning?controlled?by?the?program?instruction，?and?the?workpieces?are?uniformly?stacked?to?the?same?position?by?the?suction?cup.

Keywords：Industrial?robot;?Workpiece?positioning;?Program?control;?laser?sensor

工業機器人應用的初期階段僅限于搬運貨物、工業焊接、液體噴涂等方面，工業機器人生產技術的飛速更新令其逐漸涉及貨物裝配、零件打磨等各種精細的工業加工。為了使機器人具有柔性特征，完成自動化生產，保證機器人可以快速開展工作，保證生產安全，可以將視覺技術應用于工業領域，對目標物體進行快速的識別，并明確具體位置。而這時在工業機器人精加工時的前提即利用工業機器人獲取工件精確的尺寸與姿態就顯得尤其重要[1-3]。

我們將利用ABB機器人IRB1410型號進行實機展示主要依托機器人程序算法利用激光傳感器以達到定位的效果。

1?方案設計

根據定位系統要求，使用ABB?Robot?Studio軟件進行仿真模擬與離線編程。由于ABB系列工業機器人的特點，在完成仿真操作后，只需要進行現場示教即可達到預期目標。

針對已知尺寸與姿態的工件，在勻速轉動的傳送帶上隨機放置然后令其傳動到傳送帶末端，抵達末端后ABB機器人利用機械臂末端安裝的激光傳感器對物件進行掃描檢測工件的位置，然后定位工件的位置，然后利用機械臂上的吸盤對其進行工件中心點的精確抓取，然后把不同且隨機位置的工件進行統一位置的碼垛。

研究內容主要包括以下幾個順序步驟：（1）基于robotstudio的工作站仿真

（2）ABB機器人實機調試

2?項目工作站仿真設計

工作站仿真設計包括以下幾個步驟的目標：

第一階段目標，主要是傳送帶的設置。這一部分包括傳送帶上隨機位置生成工件的Smart組件設置，應用到了隨機組件。

第二階段目標，主要是仿真工作站里的各種工具的設置。這一部分包括激光傳感器對工件是否到位的檢測和位姿的定位以及吸盤吸附物料的條件判斷，主要通過RobotStudio中的smart組件實現。通過設計組件內容，可以實現吸盤吸取物體與放置物體的效果。

第三階段目標，主要是通信邏輯和激光定位程序邏輯的設置。設置整體工作站的邏輯，為下一步準備。

第四階段目標，主要是整體協調配合。根據仿真的工作站信號通信邏輯與幾個激光傳感器的配合關系，根據激光傳感定位編寫運作工作站的代碼，使得能夠成功利用Robot?Studio仿真，以達到機器人利用激光傳感定位抓取工件再進行碼垛的效果。

3?ABB機器人實機調試

實機調試包括以下幾個步驟的調試：

第一階段，主要是接線（信號連接）。設計信號的輸入與輸出，然后根據傳感器的類型確定其接線情況，最后按照總體的通信邏輯完成了對電路的現場接線。如表1所示，為電路的IO分配表。

第二階段，主要是對仿真中各點以及相應運動方向的現場示教。如下圖所示，機器人在工作時，主要經過幾個關鍵點位，并以工具坐標和預期算法進行作業。

第四階段，完成實機上的各示教點位匹配后，再匹配實際激光傳感器的誤差完善程序后最終成功在ABB機器人實機上完成了項目的目標：ABB機器人能夠自動化完成在傳送帶末端上將隨機擺放的工件進行統一碼垛。

4?結語

將工件以任意位置、任意角度放置在傳送帶上，工件運送到傳送帶末端后，經過放在傳送帶底部的激光傳感器對機器人輸入信號，激活機器人經由裝載在其末端的激光傳感器通過機器人的程序指令運動循環以達到掃描工件的效果，得到工件距離掃描起始點的距離與工件偏轉的角度，確定工件中心點，從而實現由程序指令控制的自動化工件定位，并將工件利用吸盤統一碼垛到同一位置上。

參考文獻：

[1]余永維，杜柳青，許賀作.柔性裝夾機器人工件視覺定位系統設計[J].制造業自動化，2020，42（02）：77-81.

[2]郭軍.基于機器視覺的機器人工件定位系統研究及實際應用[J].科學技術創新，2020（14）：103-104.

[3]龔海強，單奇，羅新河.激光掃描在工件角點定位中的應用方法[J].機械設計與制造，2020（09）：239-242+247.

基金項目：華南理工大學廣州學院大學生創新創業訓練計劃項目（52JY200505）