【摘要】目前在生產(chǎn)線上的搬運工業(yè)機器人大都是通過預(yù)先編程,并按固定的路徑執(zhí)行動作,目標(biāo)物體的初始位置和目標(biāo)位置都是固定的,機器人只是完成點到點的動作。而對于拾取輸送線上位置不確定的物體如面包,袋裝食品等物體,沿固定軌跡運行的機械手就無能為力了。為保證搬運工業(yè)機器人順利完成這類在線拾放的工作任務(wù),需引入視覺進(jìn)行識別定位,引導(dǎo)工業(yè)機器人完成對工件的拾取和放置等操作。使用視覺引導(dǎo)的機械手在動作執(zhí)行速度,放置精度和重復(fù)穩(wěn)定性方面都較人工有很大優(yōu)勢。
一、 機械手自動拾放系統(tǒng)原理
在一些傳統(tǒng)的行業(yè),例如袋裝食品生產(chǎn)、陶瓷生產(chǎn)中,需要對位置不確定的物體如面包,袋裝食品等進(jìn)行拾取,而大多數(shù)的搬運工業(yè)機器人都只能通過預(yù)先編程,執(zhí)行固定路徑的拾取操作,對這一需求無能為力。為此,企業(yè)需采用大量人力來完成搬運作業(yè),不僅增加人力成本,生產(chǎn)效率也低。工業(yè)機器人要實現(xiàn)隨放隨取的操作,就需要引入視覺進(jìn)行識別定位。使用視覺引導(dǎo)的機械手在動作執(zhí)行速度,放置精度和重復(fù)穩(wěn)定性方面都較人工有很大優(yōu)勢。
由臺達(dá)DMV機器視覺系統(tǒng)與機械手組合的機械手自動拾放系統(tǒng),具有高度的靈活性,可以幫助行業(yè)用戶輕而易舉的完成繁瑣復(fù)雜的搬運作業(yè)。該系統(tǒng)通過以太網(wǎng)通訊的方式,把檢測數(shù)據(jù)傳送到機械手系統(tǒng),并由機械手實現(xiàn)目標(biāo)物體的拾放。臺達(dá)DMV1000控制器,擁有高精度攝像頭,百萬像素級別鏡頭以及紅色LED環(huán)形光源,可以精準(zhǔn)的引導(dǎo)工業(yè)機器人完成對工件的拾取和放置等操作。目前,從各行業(yè)使用的反饋情況可知,該系統(tǒng)不僅提升了生產(chǎn)效率高,而且靈活性好。此外,只需借由簡單的視教動作,該系統(tǒng)即可實現(xiàn)多種不同規(guī)格產(chǎn)品的檢測,幫助企業(yè)大大降低了人力成本。
二、系統(tǒng)介紹
1、系統(tǒng)配置:
根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)的要求,從經(jīng)濟性和系統(tǒng)可靠性的角度出發(fā),選擇控制系統(tǒng)的元器件。機器視覺系統(tǒng)可選擇:1)臺達(dá)DMV1000控制器;2)80萬像素攝像頭;3)25mm 百萬像素級別鏡頭;4)紅色LED環(huán)形光源。
2、系統(tǒng)控制圖
圖1、系統(tǒng)控制圖
3、臺達(dá)DMV1000視覺控制器特點
1) 內(nèi)建操作系統(tǒng),小型化體積,無需搭配PC操作;
2) 流程化操作接口,降低使用者設(shè)定上的復(fù)雜度;
3) 提供多樣檢測功能,滿足大部份應(yīng)用需求;
4) 工業(yè)級設(shè)計,符合于震動、高溫等生產(chǎn)環(huán)境;
5) 支持雙攝影機同步檢測 (80萬畫素之1394a攝影機);
6) I/O、RS232、Ethernet、USB等多樣外部通訊方式;
7) SD 記憶卡儲存裝置;
8) 提供操作器及PC軟件設(shè)定接口;
9) 已擁有大量的圖形工具,包括面積測量、邊緣位置、邊緣計數(shù)、 邊緣寬度、邊緣節(jié)距、邊形比對、邊緣角度、斑點偵測、影像強度、污點檢測、邊緣追蹤及寬度追蹤。
其檢測系統(tǒng)使用了專用的視覺LED光源,主要有三大特點:
1) 使用壽命長,一萬到三萬小時左右。如果選用頻閃的功能,LED壽命將更長,而且LED的通斷速度快,可在10微秒達(dá)到理想亮度;
2) LED有不同的顏色不同的波長,用戶可以根據(jù)檢測對象的特征選用不同波長的光源,以突出檢測特征從而達(dá)到理想的效果;
3) 穩(wěn)定性好,LED燈采用直流供電,克服了交流供電時出現(xiàn)的工頻頻閃現(xiàn)象,保持了獲取圖像的一致性。圖1為系統(tǒng)控制圖。
三、方案實施:
1、工作流程:
當(dāng)目標(biāo)物體從流水線出來,以隨機的姿態(tài)進(jìn)入機器視覺的視野后,由上位機觸發(fā)視覺系統(tǒng)進(jìn)行取像,然后把圖像信息傳輸給圖像處理器GPU。通過圖像處理器的運算,計算出產(chǎn)品的重心位置(XY坐標(biāo)和角度θ)。比如:機器視覺檢測出視野里出現(xiàn)了7個目標(biāo)物體,這7個物體的位置數(shù)據(jù)將通機器視覺自帶的通訊口與上位機進(jìn)行通訊,然后由上位機發(fā)送指令給機械手執(zhí)行動作。
此外,臺達(dá)DMV產(chǎn)品還支持RS232/RS485、Ethernet(10BASE-T)和臺達(dá)DVP
PLC-Link等通訊方式。市面上幾家大的機械手廠家包括均支持DMV的通訊接口。經(jīng)過程序優(yōu)化,機械手的抓取速度可達(dá)到200個/分鐘,定位誤差小于0.5mm,角度誤差小于1°。
2、技術(shù)性能及系統(tǒng)參數(shù)
檢測內(nèi)容:產(chǎn)品中心的XY位置及角度θ
通訊方式:通過以太網(wǎng)發(fā)送產(chǎn)品的位置數(shù)據(jù)到上位機(PLC,工控機)
FOV(檢測視野):200×150mm
WD(工作距離):800mm
3、 DMV控制系統(tǒng)設(shè)計
作為位置測量系統(tǒng)的DMV,除供電電源外,觸發(fā)信號和位置坐標(biāo)值輸出都是通過以太網(wǎng)口與上位機進(jìn)行通訊,圖2為DMV的接線端子圖。
圖2 、DMV的接線端子圖
四、方案效果
該檢測系統(tǒng)經(jīng)過合適的選型、較好的硬件配置及完善的程序設(shè)計,完全滿足用戶要求。此外,該系統(tǒng)還具備以下幾個特點:
1) 加工生產(chǎn)效率高(大約每秒鐘拾取3個產(chǎn)品);
2) 靈活性好,通過簡單的視教動作,即可實現(xiàn)多種不同規(guī)格產(chǎn)品的檢測;
3) 大大減輕工人勞動強度。
隨著國內(nèi)人力成本的增長以及加工企業(yè)對品質(zhì),產(chǎn)能要求的不斷提升,對機器視覺系統(tǒng)介入生產(chǎn)領(lǐng)域取代人工進(jìn)行測量,檢測的需求將呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。據(jù)統(tǒng)計,歐美日等發(fā)達(dá)國家制造業(yè)的機器人使用率較10年前有近10倍的增幅。實際上,在精密電子行業(yè),使用機器視覺,機械手進(jìn)行產(chǎn)品尺寸測量,外觀檢測,對位等應(yīng)用已非常成熟,在一些高精度的對位應(yīng)用里,機器視覺產(chǎn)品的測量精度已大大超載人工檢測的分辨率和精度。