【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(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。

　　一、機(jī)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(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)行識別定位。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。

　　由臺達(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(jī)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(shí)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(jī)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

　　3、臺達(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；

　　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(diǎn)偵測、影像強(qiáng)度、污點(diǎn)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(diǎn)：

　　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(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°。

　　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(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2為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(diǎn)：

　　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(shí)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(qiáng)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(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。