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【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(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)到最大亮度；
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，最后由上位機發(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。
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