机器视觉条件下的工业机器人搬运系统设计

1、机器视觉条件下的工业机器人搬运系统设计摘要：随着工业自动化的不断发展，机器人的智能水平影响着整个工业发展过 程，它们在现代生产中的应用也在不断增加。在自动化生产线上，机器人必须处 理、堆放、装配和传输部件，并结合电控系统的信号传输和反馈。关键词：工业机器人；机器视觉；近年来，机器人技术已成为现代高科技发展的重要方向，广泛应用于工业生产、医疗器 械、军工等领域。当前，大多数工业机器人仍然使用“示教.再现”的方法，控制机器人完成 点对点的工作。随着计算机科学、传感器、人工智能等技术的发展，对机器人的智能研究已 经成为一个热门话题。机器视觉以其信息量大、检测范围广而得到广泛应用，对机器视觉伺 服控制

2、的研究也越来越多。一、视觉系统的原理视觉系统设计说明。工件搬运针对的是规则几何工件（圆柱、立方体、长方体、厚度一 致），无遮挡问题，工件从料斗推到输送带，由于输送精度的偏差，导致工件中心位置的偏差。 为了使机器人准确抓取和释放工件位置，利用视觉系统功能计算位置偏差值，检测工件中心 点的实际位置，通过PLC处理后将数据传递给机器人。机器人动态调整和补偿偏差值，从而 完成高精度抓取工作。视觉系统的任务。为了引导机器人工作，工件的形状和颜色，二维坐标的中心点捕获（X, Y） 和电流的偏转角工件相对于视觉模板收集通过补偿机器人的视觉系统。图像坐标系与机器人 坐标系连接，记录机器人的进给姿态。（1）工件

3、识别、定位。工件的识别和定位依赖于机 器视觉的图像匹配过程。针对不同几何形状的工件创建形状和颜色模板，利用颜色搜索工具 对工件颜色进行识别，通过模板匹配方法定位目标物体的坐标，通过比较工件图像和模板图 像实现。创建标识和定位模板。创建形状（矩形定义为R，正方形定义为S，圆形定义为C）和 颜色（序列号0定义为蓝色，序列号1定义为红色）模板。合理地设置形状模板样本中的粗轮 廓和精轮廓值，可以获得更完整的轮廓和更快的搜索速度。选择倒角对象的内轮廓作为模板， 避免了带线的干扰，提高了匹配精度。合理地设置颜色模板参数，并将鼠标移到对象上设置 颜色以收集颜色值。为了更准确、快速地定位目标，设置了模板缩放、

4、角度、模板最小匹配 百分比、一致性公差等参数，只有目标对象参数与模板参数的差值在设置的范围内，才能定 位到。（2）相机标定。在机器视觉中，为了确定空间物体表面某一点的三维几何位置与其 在图像中的对应点之间的关系，必须建立摄像机成像的几何模型。这些几何模型参数就是摄 像机参数，求解这些参数的过程称为摄像机标定。摄像机标定结果的精度和算法的稳定性直 接关系到工件的定位精度，从而影响到工件能否成功捕获。因此，良好的相机标定是后续工 作的前提。校准过程如下。1）校准前准备。先将机器人以吸嘴为中心，示教一个Tool2坐 标系。让机器人吸收一把尺子，让它出现在相机的视场中。通过改变机器人z轴的高度， 使尺

5、子的顶部与待测方形工件的顶面水平。将机器人示教中的工具选择切换成Tool2并选 择时间坐标系。2）校准过程。创建标定模板，移动机器人，让它们出现在左上角的观点，得 到图像坐标系和机器人坐标，使机器人移动,反过来，让目标对象视图的其他八个位置，获取坐标， 分别与校准，观察到x和y的像素大小的区别将会小于1?,如果差别大，可以校准失败。标定 机器人的旋转中心在摄像机中的位置。让目标出现在视野中，获得旋转前的图像坐标。让机 器人以吸嘴为中心旋转约10度，得到旋转后的图像坐标，计算旋转中心坐标，显示求解的 参数，并在计算出的旋转中心位置显示中心标记。获取机器人的进给姿态，取一个规则几 何工件进行检测，

6、放置在输送带上。将一侧置于输送带一侧，调整机器人姿态，使吸力喷嘴 能够吸收工件，得到机器人当前坐标值。当需要调整机器人进给高度时，可以手动设置Z值。 校准完成后，将相机输出坐标系统与机器人坐标系统统一。工件的颜色、形状和位置坐标将通过人工测试的视觉系统进行识别，数据信息将写入到机器人的PLC和寄存器中。（3）搬运 机器人。机器人处理过程可以分为三个阶段:捕获前、处理期间和安装后。清除前，机器人的 起点为机器人的零位置，清除点的位置信息通过PLC视觉系统传送给机器人，无需任何指令 或指令。在搬运过程中，机器人取下物料后，先垂直移动，合理控制机器人速度，优化行程， 提高速度，最大乘法率不超过50%

7、。安装完成后，机器人在收集和搬运后，被放置在三维仓 库的相应位置。必须给出位置点，工作过程的终点必须是机器人的零点位置。二、视觉工业机器人搬运系统电气控制系统工业机器人视觉处理系统、垂直关节机器人（RV - 4 FRL）,视觉检测系统,PLC系统和伺服驱 动系统存在某些信息之间的相互作用，主视觉机器人工作站系统由大Q系列PLC,其他组成单位 应该协作操作基于操作面板和Q - PLC系统的指令。视觉机器人搬运系统的电气控制系统结构 如图1所示。急停开关信号:在紧急情况下，按下急停开关，机器人立即停止运行，确保操作人员和工 业机器人的安全。门开关1和门开关2信号:输入信号为两个光栅。在操作过程中，

8、当光栅检 测到机器人工作区域有异物时，应迅速停止工业机器人的操作，避免发生事故。视觉工业机 器人搬运系统没有使用光栅，所以两个门开关输入没有开发使用。手/自切换信号:用于工业 机器人手动模式操作和自动模式操作的选择和切换。当选择手动模式时，工业机器人接收到 教学单元的运行指令。当选择自动模式时，机器人按程序指令运行。工业机器人扩展了输入输出单元的接口。作为一个完整的电气控制系统，工业机器人 需要与其他工作单元进行通信。因此，除了标准配置接口 CRUSR11，电气控制系统，机器人控制器配置了一个扩展的输入输出单元。系统采用2D- TZ368扩展输入-输出单元，输入16点，输出16点。处理系统使用

9、一些输入输出点。输入信 号中，停止、复位、启动、权1、信号1、信号2、信号3以及相机识别成功信号均来自于 PCL输出模块QYAIP。在输出信号中，将信号4和X1输入到PCL输入模块QX41，通过气阀 直接驱动气阀的开、关。目视检查过程中系统的输入和输出信号固定智能摄像系统的机器人搬到高于工件，智能 摄像机将图片和模板匹配的图像，如果图像匹配成功，将会按照用户定义的匹配”的交流方式发 送到照片（机器人视觉处理系统定义匹配结果:匹配成功发送“1”，匹配不成功发送“0”），匹配 结果对应于PCLS软组件描述如表1所示。表1智能相机系统匹配结果对应软元件图3 PCL输出模块QY41P接口电路总之，以机器视觉系统为核心，从工件识别与定位、摄像机标定、工件搬运等方面探讨 了基