【摘要】目前在生產(chǎn)線上的搬運(yùn)工業(yè)機(jī)器人大都是通過預(yù)先編程，并按固定的路徑執(zhí)行動(dòng)作，目標(biāo)物體的初始位置和目標(biāo)位置都是固定的,機(jī)器人只是完成點(diǎn)到點(diǎn)的動(dòng)作。而對(duì)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(yùn)行的機(jī)械手就無能為力了。為保證搬運(yùn)工業(yè)機(jī)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(shí)別定位，引導(dǎo)工業(yè)機(jī)器人完成對(duì)工件的拾取和放置等操作。使用視覺引導(dǎo)的機(jī)械手在動(dòng)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(shì)。
一、 機(jī)械手自動(dòng)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(duì)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(yùn)工業(yè)機(jī)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(duì)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(yùn)作業(yè)，不僅增加人力成本，生產(chǎn)效率也低。工業(yè)機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)隨放隨取的操作，就需要引入視覺進(jìn)行識(shí)別定位。使用視覺引導(dǎo)的機(jī)械手在動(dòng)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(shì)。
由臺(tái)達(dá)DMV機(jī)器視覺系統(tǒng)與機(jī)械手組合的機(jī)械手自動(dòng)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(yùn)作業(yè)。該系統(tǒng)通過以太網(wǎng)通訊的方式，把檢測(cè)數(shù)據(jù)傳送到機(jī)械手系統(tǒng)，并由機(jī)械手實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體的拾放。臺(tái)達(dá)DMV1000控制器，擁有高精度攝像頭，百萬像素級(jí)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(jī)器人完成對(duì)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(jiǎn)單的視教動(dòng)作，該系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)多種不同規(guī)格產(chǎn)品的檢測(cè)，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(jì)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(jī)器視覺系統(tǒng)可選擇：1）臺(tái)達(dá)DMV1000控制器；2）80萬像素?cái)z像頭；3）25mm 百萬像素級(jí)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(tái)達(dá)DMV1000視覺控制器特點(diǎn)
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(cè)功能，滿足大部份應(yīng)用需求；
4） 工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)，符合于震動(dòng)、高溫等生產(chǎn)環(huán)境；
5） 支持雙攝影機(jī)同步檢測(cè) (80萬畫素之1394a攝影機(jī))；
6） I/O、RS232、Ethernet、USB等多樣外部通訊方式；
7） SD 記憶卡儲(chǔ)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(cè)量、邊緣位置、邊緣計(jì)數(shù)、 邊緣寬度、邊緣節(jié)距、邊形比對(duì)、邊緣角度、斑點(diǎn)偵測(cè)、影像強(qiáng)度、污點(diǎn)檢測(cè)、邊緣追蹤及寬度追蹤。
其檢測(cè)系統(tǒng)使用了專用的視覺LED光源，主要有三大特點(diǎn)：
1） 使用壽命長(zhǎng)，一萬到三萬小時(shí)左右。如果選用頻閃的功能，LED壽命將更長(zhǎng)，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(zhǎng)，用戶可以根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的特征選用不同波長(zhǎng)的光源，以突出檢測(cè)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(shí)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(shí)施：
1、工作流程：
當(dāng)目標(biāo)物體從流水線出來，以隨機(jī)的姿態(tài)進(jìn)入機(jī)器視覺的視野后，由上位機(jī)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(yùn)算，計(jì)算出產(chǎn)品的重心位置（XY坐標(biāo)和角度θ）。比如：機(jī)器視覺檢測(cè)出視野里出現(xiàn)了7個(gè)目標(biāo)物體，這7個(gè)物體的位置數(shù)據(jù)將通機(jī)器視覺自帶的通訊口與上位機(jī)進(jìn)行通訊，然后由上位機(jī)發(fā)送指令給機(jī)械手執(zhí)行動(dòng)作。
此外，臺(tái)達(dá)DMV產(chǎn)品還支持RS232/RS485、Ethernet(10BASE-T)和臺(tái)達(dá)DVP
PLC-Link等通訊方式。市面上幾家大的機(jī)械手廠家包括均支持DMV的通訊接口。經(jīng)過程序優(yōu)化，機(jī)械手的抓取速度可達(dá)到200個(gè)/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(cè)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(jī)（PLC，工控機(jī)）
FOV（檢測(cè)視野）：200×150mm
WD（工作距離）：800mm
3、 DMV控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
作為位置測(cè)量系統(tǒng)的DMV，除供電電源外，觸發(fā)信號(hào)和位置坐標(biāo)值輸出都是通過以太網(wǎng)口與上位機(jī)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(cè)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(jì)，完全滿足用戶要求。此外，該系統(tǒng)還具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：
1） 加工生產(chǎn)效率高（大約每秒鐘拾取3個(gè)產(chǎn)品）；
2） 靈活性好，通過簡(jiǎn)單的視教動(dòng)作，即可實(shí)現(xiàn)多種不同規(guī)格產(chǎn)品的檢測(cè)；
3） 大大減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。
隨著國(guó)內(nèi)人力成本的增長(zhǎng)以及加工企業(yè)對(duì)品質(zhì)，產(chǎn)能要求的不斷提升，對(duì)機(jī)器視覺系統(tǒng)介入生產(chǎn)領(lǐng)域取代人工進(jìn)行測(cè)量，檢測(cè)的需求將呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家制造業(yè)的機(jī)器人使用率較10年前有近10倍的增幅。實(shí)際上，在精密電子行業(yè)，使用機(jī)器視覺，機(jī)械手進(jìn)行產(chǎn)品尺寸測(cè)量，外觀檢測(cè)，對(duì)位等應(yīng)用已非常成熟，在一些高精度的對(duì)位應(yīng)用里，機(jī)器視覺產(chǎn)品的測(cè)量精度已大大超載人工檢測(cè)的分辨率和精度。
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