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   【摘要】目前在生產(chǎn)線上的搬運工業(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(jī)械手就無能為力了。為保證搬運工業(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)行識別定位，引導(dǎo)工業(yè)機(jī)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(jī)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。

【關(guān)鍵詞】機(jī)器視覺；機(jī)械手；降低成本

  傳統(tǒng)袋裝食品生產(chǎn)線或陶瓷生產(chǎn)線上都配有大量的工人來收集傳送帶上的成品，然后放置到托盤上，不僅工人的勞動強度大，而且企業(yè)要使用大量人手工作，也增加了人力資源的成本。為此，我們設(shè)計了一個機(jī)械手自動拾放系統(tǒng)來滿足這類廠家的生產(chǎn)需要。

  1 系統(tǒng)概況 

  系統(tǒng)由臺達(dá)DMV系列視覺傳感器與卡諾普公司的機(jī)械手配合，通過以太網(wǎng)通訊的方式，把檢測數(shù)據(jù)傳送到機(jī)械手系統(tǒng)，并由機(jī)械手實現(xiàn)目標(biāo)物體的拾放。

  2 系統(tǒng)設(shè)備配置

  2.1 系統(tǒng)設(shè)備簡介  

  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)可選擇臺達(dá)DMV1000控制器，擁有80萬像素攝像頭，25mm 百萬像素級別鏡頭，以及紅色LED環(huán)形光源。

  2.2 臺達(dá)DMV1000視覺控制器特點

  臺達(dá)DMV1000視覺控制器特點有以下幾點：

（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(jī)同步檢測 (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 記憶卡儲存裝置；
（8）提供操作器及PC軟件設(shè)定接口；

  目前DMV產(chǎn)品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。實現(xiàn)，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；其次，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；最后，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。
 
                  
                                   圖1 系統(tǒng)控制圖

  如圖2所示，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算，計算出產(chǎn)品的重心位置（XY坐標(biāo)和角度θ），下圖顯示出機(jī)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(jī)器視覺自帶的通訊口與上位機(jī)進(jìn)行通訊，最后由上位機(jī)發(fā)送指令給機(jī)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(jī)械手廠家包括ABB、KUKA以及Staubli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/分鐘，定位誤差小于0.5mm，角度誤差小于1°。
 
                 
                              圖2 機(jī)器視覺圖像顯示圖

  2.3 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(jī)（PLC，工控機(jī)）
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(jī)進(jìn)行通訊，圖3為DMV的接線端子圖。
  
                 
                               圖3為DMV的接線端子圖

  臺達(dá)DMV視覺系統(tǒng)支持modbus TCP/IP，現(xiàn)以Trigger來:在RS485時，當(dāng)輸入命令【:010610000001E8 CR LF】時，DMV會執(zhí)行trigger檢測動作。

  圖4為機(jī)械手與DMV通訊的參考代碼，其中機(jī)械手觸發(fā)DMV和讀取x坐標(biāo)指令，y和角度的略去。
 
                   
                     圖4 機(jī)械手與DMP通訊的參考代碼

 4 結(jié)束語

  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：首先，加工生產(chǎn)效率高（大約每秒鐘拾取3個產(chǎn)品）；其次，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；第三，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(jī)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(jī)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(jī)器視覺，機(jī)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(jī)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。

  作者簡介：

  李景昌，出生1974年，畢業(yè)于廣東工業(yè)大學(xué) 自動控制專業(yè)。現(xiàn)任中達(dá)電通股份有限公司高級視覺應(yīng)用工程師，從事臺達(dá)機(jī)器視覺產(chǎn)品在國內(nèi)的應(yīng)用推廣。