基于众为兴ar5215机械臂及avs1100视觉抓取应用

何家恒

【摘 要】本文通过众为兴ar5215四轴机械臂及Avs1100视觉系统，利用ADTvision图像处理软件，单目视觉对机械手及摄像机系统进行标定。通过图像处理软件对抓取物体进行识别，并用机械手进行静态抓取验证研究结果。

【关键词】ADTECH；标定；机器视觉；图像处理

Application Research of Vision Crowling Robot Base on Adtech ar5215 Robot & Avs1100 Vision System

HE Jia-heng

【Abstract】ADTECH ar5215 four-axis robot and Avs1100 visual system， ADTvision image processing software is introduced in this paper. Monocular vision camera system were use to calibrate the robot. The object is identified by image processing software， and gripped by manipulator.

【Key words】ADTECH；calibration；machine vision；image processing

0 引言

工件识别与抓取机械臂的一项重要应用，通过示教控制机械臂执行预定动作，一旦环境或目标发生变化，机械臂不能适应，导致抓取失败。视觉处理的关键是摄像机的手眼标定与图像识别处理，具有快速和非接触的特点，通过视觉引导机械臂进行抓取搬运作业，提高生产线智能率。

1 硬件组成及工作原理

1）视觉控制器：AVS1100工控机 带两个网口，SMAT卡，及ADTvision视觉软件

2）工业相机：安装于传送带上方，通过网线与视觉控制器通讯。

3）镜头：computar 12mm 1：1.4 2/3 定焦镜头

4）光源：平面LED光源，获得高对比度高质量图像。

众为兴四轴机械臂：ar5215四轴机械臂，该机械臂有四个旋转关节，适合生产线上平面抓取，定位进度0.01mm。

2 视觉系统的图像采集及标定

视觉系统的作用是采集图像后，确定工件位置，把工件位置转化为机械臂可以识别的坐标信号，最后通过以太网接口与机械臂通讯传递坐标。

ADTvision软件界面如图一所示，界面左边为工具箱，中间为作业流程。通过鼠标拖动选择相应的工具拖动到作业流程界面，即可生成图像采集的作业流程。本文的作业流程是1图像采集，2边缘定位，3用户坐标，4以太网通讯。

2.1 采集图像及其设置

采集图像主要是通过设置及调节摄像机，获取清晰的现场图片。

从工具箱界面拖取图像工具中的“采集图像”，到作业流程界面，如图一。双击作业流程中的“采集图像”弹出采集图像界面，如圖一“采集图像窗口”。将“图像采集”窗口中的触发模式调为“off”，即可在图像界面中看到镜头的实时场景，如图一“实时图像”。通过调节摄像机的光圈和焦距，获得对焦清晰、亮度对比度较高的图像。

2.2 边缘定位创建模板

边缘定位创建模板主要是通过工件边缘轮廓提取，识别出工具的位置，为后续的抓取提供坐标。

在工具箱界面定位工具中拖取“边缘定位” 到作业流程界面。双击“边缘定位”弹出“边缘定位”模板设置界面，如图二所示。其中“模板匹配最低分数”指拍摄图像与模板的匹配率，可设“0-99”，设置过低会造成误识别，设置过高会造成识别困难。

双击模板，会弹出“边缘模板学习”窗口。本文对瓶盖边缘进行识别。首先选择“单ROI模式”并选择“ROI类型圆形”，用圆形框取瓶盖外缘，如图三所示。此时的绿色边缘，为本文需要的瓶盖边缘的模板。点击“创建模板”完成模板创建的流程。

2.3 摄像机的标定，标定板特征信息提取

摄像机的标定，标定板的特征信息提取是建立起视觉与机械臂联系的重要步骤，标定的准确度将直接影响到抓取的准确度。本文采用100mm尺寸的标准标定板进行标定。

在工具箱界面标定工具中拖取“用户坐标” 到作业流程界面，如图一所示。双击“用户坐标”弹出“用户坐标”设置界面，如图四所示。根据摄像头的特性调整参数，点击“开始标定”进行图像采集如图五所示。标定板为7*7共49个圆靶构成的黑色矩阵，以圆心作为标定点。固定摄像机位置，点击“采集”按钮，摄像机对放置在检测平面上不同位置的标定板拍照，板需放在摄像机完全拍摄到的区域，否则会导致“标定失败”，标定范围需包括要机械臂抓取的所有区域。连续拍摄10张以上的图片点击“结束标定”按钮，弹出标定成功。最后一幅图像标定完后，需保持标定板位置固定不变，以保留给机械臂作为用户坐标标定依据。

2.4 网络及作业设置

网络及作业设置的最重要作用是和机械臂建立通讯，并对坐标进行适当处理使机械臂能完成视觉抓取。

在工具箱界面通讯工具中拖取“以太网”到作业流程界面。双击“以太网”弹出“以太网设置”窗口。点击“关闭网口”按钮，可对“服务器IP”（机械臂主机IP），“服务器端口”（机械臂接收数据端口），“本地IP”（视觉系统IP），“本地端口”（视觉系统的端口）进行设置。

3 机械臂的坐标设置及读取

通过合理的设置机械臂坐标并与视觉系统的通讯，机械臂获取视觉系统的坐标，实现抓取。

3.1 机械臂添加用户坐标的设定

机械臂添加用户坐标的目的是在机器人中建立用户坐标1（UCrd1），方便抓取工件时调用，建立起机械臂与视觉系统的联系。

在“机器人工程”菜单中，长按或点击右键，选择添加，在弹出菜单中再选择视觉。选取后，已添加视觉选项。

3.2 机械臂视觉配置用户坐标设定

机械臂的视觉配置主要是在机械臂上通过端口设置建立与视觉系统的通讯联系，设定网络接收的格式，并进行视觉系统用户坐标的标定。

在“机器人工程”菜单中，视觉列表中配置，长按或点击右键，弹出窗口。点击“打开”，出现“视觉配置窗口”，如图五所示。在“视觉配置” 窗口中，可选择“相机”（视觉系统摄像头），“ 网络模式”（视觉系统的网络模式），“ IP”（视觉系统的IP），“端口”（视觉系统的发送端口），“网络接收格式”（视觉系统发送数据的格式），“用户坐标标定”等。

点击“用户坐标标定”中的“标定”按钮，弹出“用户坐标标定”窗口。点击“Org”，移动装好顶针的机械臂，到最后一幅图像标定的标定板原点处（即标定板矩形框三角边缘处），点击“示教”按钮。点击“xx”，机械臂到x轴尽头，点击“示教”按钮。点击“yy”， 移到y轴尽头点击“示教”。完成以上三步后，点击“用户标定”窗口的计算按钮，软件自动计算出用户坐标1对应的数据，如图五所示。至此机械臂用户坐标标定完成，视觉系统与机械臂坐标对应。

4 机械臂编程

5 结论

本文针对流水线工件进行定位识别与抓取，通过ADTvision软件，目标板的标定，建立图像坐标与机械臂坐标之间的关系。通过模板匹配与图像识别，识别出需要抓取的工件位置并转化为坐标，传给机械臂控制机械臂精确抓取目标并放置。实现了末端偏差1mm的抓取，定位精度较高，满足工业自动化生产线的需求。

【參考文献】

[1]翟敬梅，董鹏飞，张铁.基于视觉引导的工业机械臂定位抓取系统设计[J].机械设计与研究，2014（5）.

[2]夏群峰，彭勇刚.基于视觉机械臂抓取系统应用研究综述[J].机电工程，2014（6）.

[3]卢泉奇，苗同升，汪地，杨浩，宗殿栋.基于HALCON的机械手视觉抓取应用研究[J].光学仪器，2014（6）.

[4]袁丽.NAO机器人的视觉伺服物品抓取设计与实现[D].山东大学硕士学位论文，2015.

[责任编辑：朱丽娜]