视觉系统在工业机器人分拣系统的应用

摘 要：本文以大恒数字摄像机与广州数控分拣机器人为例，介绍了视觉系统应用在工业机器人分拣系统中。对分拣机器人的软硬件系统、调试步骤、程序设计作了较为详细的说明，最终通过计算机控制分拣机器人完成物料分拣。

关键词：工业机器人；视觉系统；传送带；分拣

工件分拣是工业生产中的一个重要环节。相对于传统的人工分拣方式，因人工疲劳的问题和长时间作业来说，显然无法满足要求；即使采用6轴工业机器人也存在对工作环境感知能力低，使其效率收到了限制。随之视觉系统的引入使分拣工业机器人对物料或工件有了位置和形状的判断，不但高效准确而且稳定持久，具有较大的优势。

一、分拣系统功能

系统的主要功能和流程如下：

首先将摄像机和图像识别软件安打开，并进行参数设置；

接着，将分拣机器人程序打开，示教器打到再现模式；

然后，打开传送带调节移动速度，使物料匀速平稳的移动；

再后；通过视觉系统对传送带上的不同物料进行识别分类，定位物料中心点坐标（抓取点坐标）；

最后，由分拣工业机器人对工件进行抓取，并按照要求对物料进行分拣。

二、分拣系统硬件

物料分拣系统主要由蜘蛛手分拣机器人、物料传送带、视觉系统。工业机器人选用广州数控设备有限公司C4-1000型工业机器人；传送带上的变频器采用上海廿博三相迷你型变频调速器；視觉系统选用的是大恒图像水星系列数字摄像机，系统硬件组成框图如图1所示。

（一）蜘蛛手工业机器人

蜘蛛手分拣机器人属于并联机器人的一种，也具有并联机器人的特点，由机器人本体、控制柜和示教器组成。并联工业机器人具有4个自由度，驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置。

根据这些特点，通过示教编程或视觉系统捕捉目标物体，由并联的伺服轴确定抓具中心的空间位置，工作空间较小，但能够高速拾取物体的特点。

（二）物料传送带

物料传送带是通过变频器控制，采用单进三出的电源接线方式；适用于小型减速电机速度控制，性能稳定、恒扭力、体积小、操作方便，控制传送带速度配合机器人抓取物料。

（三）视觉检测系统

摄像机采用大恒MER-200-14GM/GC采用Sony ICX274 CCD感光芯片，通过GigE数据接口进行图像数据的传输，是高可靠性、高性价比的工业数字摄像机产品，具有高分辨率、高清晰度、高精度、低噪声等特点。

视觉系统由二维视觉成像进行分析处理的软件。可根据产品固有的稳定形状、轮廓、标识等特征进行匹配识别和角度校正，并通过与机器人建立共同点的坐标方向实现位置偏移，计算视野范围内的机器人坐标。

三、系统软件设计

软件系统设计主要讲解蜘蛛手机器人示教编程和视觉系统软件设置这两部分。以便将视觉系统采集到数据，准确的传输给蜘蛛手机器人完成分拣任务。

（一）视觉软件设置

视觉摄像机、计算机与分拣工业机器人之间是通过Modbus/TCP协议通信，视觉系统的参数设置、标定十分重要。视觉软件标定和设置步骤如下：

1）打开视觉软件切换至设置模式页面，将测量触发设置选为空格触发。

2）在单相机调试页面中算法选择为圆搜索，进入标定参数对话框，将参数的Vx和Vy参数清零，保存后退出。

3）相机标定调整标定板圆的排列方向与相机的坐标方向平行。在视野范围内选定标定板上一个参考圆，将检测框拉伸至只可识别该圆的大小，检测框要大于圆，尽量让圆心和方块中心同心。

4）选择开始测量并点击标定坐标数值，然后按下空格键，此时将该像素坐标写入标定参数对话框的X、Y轴坐标原点；选择分析保存退出，紧接着点击标定设置和确定，直至最后提示成功，相机标定完成。

5）建立模板将需要检测的产品放一个在相机的视野下，框的中心点就是检测该模板后定位的位置，所以ROI框的中心点必须与抓取该模板的中心位置重合。选上修改框架，点击右键，在弹出的选项中选择保存，建立模板完成。

（二）分拣机器人设置与示教编程

广州数控工业机器人的程序编辑比较简单，机器人也需要进行参数设置。

1）视觉配置：在系统设菜单上选择视觉配置，选择为默认值并保存，调试时可对参数工作半径和起始半径进行修改。

2）运动参数：在系统设菜单上选择运动参数，选择为默认值并保存数据设置。

3）建立机器人用户坐标：机器人的运动方向要与标定板的相机图像坐标方向相同。用户坐标的原点必须与相机标定的原点为同一个点，选择三点法建立坐标。在这里将对机器人进行用户坐标设置，以配合视觉系统。

4）在视觉软件标定参数对话框填入机器人的坐标数据。同时要根据机器人的夹具高度不同，设置Z轴的偏移量，保存标定完成。

5）新建程序可自由命名，程序编辑完成当示教检查认为程序运行轨迹正确之后，就可以再现运行。将机器人示教到程序的第一运动点；切换模式开关到再现模式；启动程序的运行。

程序部分如下：

（三）变频器参数设置

通过面板上的FUN键，将P01的值为1，可通过调面板电位器来改变输出的工作频率。将P02的值设置为0，点亮指示灯。P06、P07参数来控制启动和停止时的加减速。

四、系统调试

依次打开视觉系统和电脑电源、机器人控制柜电源，先将机器人打到再现模式，然后将视觉软件选择设置为空格触发，按空格鍵触发拍照检测，发送坐标给机器人运行到该点，观察尖点是否压到圆心上。

然后将传送带变频器电源打开，将视觉软件选择设置为自触发，并且将测量间隔时间设置合理值（200～400）。选择开始测量，将一个黑圆物体放在传送带上，让其流过检测区域，记录像素速度和位移速度的平均值。将刚才记录的速度值输入到对应的参数设置并将机器人的运动参数、视觉设置等相关参数设置合理，和根据动作、功能编写正确程序调试。

五、结语

本系统将工业机器人、工业数字摄像机、变频器和以太网通讯等先进技术较好的融合在一起，可对工业现场的圣餐任务灵活设计，使工业自动化更智能、更快速。通过运行调试提高了工业机器人与视觉系统的理解和应用。

参考文献：

[1] 刘振宇，赵彬，邹风山.机器视觉技术在工件分拣中的应用[J].计算机应用与软件，2012（11）.

[2] 刘凤臣，姚赟峰，刘黎明，金杰锋，林纪良，郭湖兵.高速搬运机器人产业应用及发展[J].轻工机械，2012（02）.

作者简介：

刘明，讲师，研究方向：单片机技术、机电一体化技术、电气自动化技术。