基于机器视觉的机械手装配系统方案设计
栏目:化工工业机械 发布时间:2020-06-03 07:18

  现有临盆线工业抓取点固定,工件只可以固定的样子提前摆放正在固定的地方,这种安装形式很难满意杂乱的工业临盆请求且效用低下。安排了基于视觉领导的呆滞手安装体例纠正原有体例。安排了呆板视觉体例,竣工了工件的急速识别、定位以及样子确定效用;安排了抓放体例,竣工了工件的切确抓取和装配效用;采用Visual Studio的MFC拓荒,竣工图像治理算法,并操纵Socket通讯将坐标和样子数据发送给呆滞手。通过实习验证本体例具有优秀的安宁性和急速性,可能满意临盆的请求,大幅进步临盆效用。

  序文工业呆滞手是机电一体化高度集成的产品,举动《中邦创设2025》重心发达的十大界限之一,是工业主动化秤谌和工业4.0的首要标记[1]。工业呆滞手具有反复精度高、牢靠性好、合用性强等便宜,寻常使用于汽车、呆滞、电子、物流等行业,已被说明是目前最高效的临盆东西,需求量陆续攀升[2]。自上世纪60年代初以还,工业呆滞手资历了三个阶段的发达[3]。第一代是示教再现型工业呆滞手,只可将操作家告诉它的轨迹、循序、请求等把常识追思下来,然后依据再现指令读取这些常识,完毕章程工作。第二代工业呆滞手是感知型工业呆滞手,通过给工业呆滞手装配相干传感器使其有所感知,对外部消息能实行反应。第三代工业呆滞手是智能工业呆滞手,可对界限境况、功课前提等做出决断然后再实行工作。通常由呆板视觉举动反应,通过图像治理消息领导工业呆滞手实行工作。呆板视觉是工业呆滞手的首要研讨界限,而目前临盆线上大都工业呆滞手都通过预先示教或者离线编程的形式来职掌呆滞手实行预订的指令举措,一朝处事境况或宗旨对象产生转化,呆滞手不行实时符合这些转化,从而导致工作障碍,况且这种处事形式正在很大水平上限度了工业呆滞手的灵巧性和处事效用。

  本文安排并竣工了基于呆板视觉的呆滞手安装体例,可正在线完毕对差别型号和肆意摆下班件的安装工作。体例重要由呆板视觉体例和呆滞手安装体例构成。呆板视觉体例网罗图像获取、相机标定、模板结婚,可对差别工件实行识别、定位以及转动角度切实定。呆滞手安装体例网罗工件的抓取和装配,正在视觉的领导下完毕工件的安装。PC操纵Socket通讯把坐标和样子数据发送给呆滞手,呆滞手依据地方数据抓取工件,然后放到安装地方。

  2.1 图像获取采用韩邦IMI tech Amazon2系列工业相机,它是数字逐行扫描相机,采用千兆以太网GigE答应程序,采用Sony逐行扫描CCD芯片,具有极度高的图像质料。通过以太网与PC维系,且收集频率可调。最先通过装配IMI相机的驱动软件得到相机的C++接口,然后将接口函数移植到Visual Studio2015中实行二次拓荒。正在包罗相机类库的状况下,通过实例化相机句柄类来读取相机的数据。通过OneFrameGrab来获取相机的一帧图像,并将数据保管正在固定的地方,实实际时读取IMI相机的效用。

  2.2 相机标定正在呆板视觉使用中,相机参数的标定口角常环节的闭头,其标定结果的精度及算法的安宁性直接影响相机处事形成结果的正确性[6]。因为呆滞手抓取的工件位于统一平面,于是只对标定板图像收集一次就可能取得相机的外参。取得相机的外参后,即可能取得图像坐标上每个像素活着界坐标系下对应的实质隔断。然后通过坐标系的变换公式即可取得图像坐标系与呆滞手天下坐标系的转换闭连。

  2.3 程序模板的成立正在实行模板结婚之前须要修制差别工件的程序体式模板。将程序的工件放正在相机的视野下,获取图像,对图像提取ROI区域,然后实行轮廓提取,取得模板的程序轮廓。最先获取程序工件图像,操纵矩形截取函数来截取矩形的ROI区;然后对图像实行巩固;结尾通过模板创修函数来创修模板,取得模板二值化后的程序轮廓。创修模板的算法思绪如下:(1)寻找ROI区域图像的灰度梯度,行使Sobel算子对图像实行治理可能返回X偏向的像素灰度值(Gx)和T偏向的像素灰度值(Gy)。用下面的公式筹算目前像素点的灰度值和梯度偏向。

  (2)操纵非极大值抑止算法(NMS)来查找梯度偏向的部分极大值,抑止非极大值元素,可能细化角落。非最大抑止算法跟踪角落偏向的摆布像素,借使目前像素的灰度值小于左、右像素灰度值,则抑止目前像素灰度。(3)采用双阈值算法提取和维系角落。非极大值抑止算法治理后不妨会有少量的非角落像素被包罗到结果中,于是要通过拣选阈值实行弃取。双阈值采取与角落维系设施通过假设两个阈值个中一个为高阈值TH,其余一个为低阈值TL,则有:对待肆意角落像素低于TL的,则抛弃;对待肆意角落像素高于TH的,则保存;肆意角落像素值正在TL与TH之间的,借使能通过角落维系到一个像素大于TH况且角落全部像素大于最小阈值TL的,则保存,不然抛弃。最终对角落图像实行保管,图1是工件A的模板创修历程。

  2.4 模板结婚对相机收集的处事区域及时图像查找模板图像,取得工件的像素坐标和转动角度。模板结婚的流程如图2所示。

  个中近似性襟怀用到了归一化治理,图像中包罗与模板越近似的图像输出的数值越亲热1,公式如下:

  个中代外模板图像X和Y偏向的梯度,代外待结婚图像的X和Y偏向的梯度。归一化近似性襟怀会取得目前图像与模板的近似度Score,Score的阈值MinScore设定为0.75。可能设定图像的最大结婚个数,借使结婚时的质料系数大于MinScore的宗旨个数众于最大结婚个数,仅仅返回质料系数最好的宗旨地方。借使找的结婚宗旨不敷,那么就只返回已找到的宗旨。输出的结婚角度Angle为弧度值0~2,对应模板图像逆时针转动0~360。最终依据相机标定的结果将工件图像坐标转化为呆板人的天下坐标。经由众次结婚实习得出结婚的正确率为98%,结婚的最大绝对差错为5个像素,结婚均匀时光为60 ms。

  SCARA(Selectively Compliance Assembly Robot Arm)呆滞手是一种平面闭节型工业呆滞手,具有4个闭节,3个转动闭节轴线彼此平行,竣工平面内定位和定向;1个转移闭节,竣工末了件起落运动,寻常使用于塑料工业、汽车工业、电子产物工业、药品工业和食物工业等界限。本次安排中呆滞手要与PC通讯吸收工件的坐标消息和角度,然后抓取工件以固定的样子放到指定的地方。

  3.1 SCARA呆滞手通讯序次安排呆滞手职掌器的IP1端口举动客户端维系到运转正在PC上的供职器,操纵无线通讯完毕数据的收发。行使呆滞手讲话的PRINT和INPUT夂箢,与呆滞手讲话序次实行数据通讯。通过行使PRINT夂箢,可能从职掌器发送肆意的字符串,职掌器发送以PRINT夂箢指定的字符串及变量值。吸收数据行使INPUT夂箢,职掌器能吸收的仅是实数或整数。职掌器已吸收的数据被代入为用INPUT夂箢指定的变量。正在呆滞手讲话的序次中,可能通过参照该变量,行使已吸收的数据。正在Visual Studio中操纵C++拓荒了基于Socket通讯的供职器,将模板结婚取得的工件坐标发送给呆板人客户端。PC与呆滞手通讯序次流程图如图3所示。

  3.2 SCARA呆滞手抓放序次安排呆滞手序次正在TSPC软件中完毕,重要效用是依据吸收到的工件坐标和角度数据,转移呆滞手将工件以固定的样子放到安装地方。因为抓取的处事区域比力大,因而要将处事区域分裂抓取。通过对呆滞手的轨迹鸿沟的研讨,确定将处事区域分为两个一面,诀别以差别的样子抓取工件。以呆滞手天下坐标X=331.6为分界,对上半一面采用C=-254.380 基准对工件实行抓取,下半一面采用C=-74.306基准对工件实行抓取。因为工件正在处事区域有0~360的转动角度,于是要正在基准的根基上对呆滞手的转动角度实行调动,使得每次呆滞手的末了实行器都与工件平行。呆滞手末了实行器依据工件角度转动的道理。因为模板结婚返回工件中央的坐标点,当角度产生转化时,相应的呆滞手的坐标也要转化,材干确保以与工件平行的样子抓取工件。其道理如图4所示。

  借使工件A的转动角度为零,那么末了实行器以工件中央点(X0,Y0)到(X1,Y1)的直线抓取工件。当工件A转动角度时,末了实行器以工件中央点(X0,Y0)到(X2,Y2)的直线抓取工件。呆滞手的坐标偏移量用下面的公式筹算,个中为工件的转动角度,L为末了实行器的长度7.564 cm。

  然后用MOVE SAFEPLAY,将差别转动角度的工件都以固定的角度转移到安顿安详点,结尾完毕安顿。呆滞手的抓放序次流程图如图5所示。

  4 实习验证正在Visual Studio中采用MFC拓荒竣工上述图像治理算法,并成立Socket供职器与SCARA通讯。正在MFC序次中采用众线程的设施及时显示呆滞手处事区域的图像,采用中止的形式按时对图像实行模板结婚。当结婚到工件,操纵Socket通讯将工件坐标发送给呆板人完毕安装。MFC序次界面及安装实习体例如图6所示。

  体例差错的重要泉源为相机标定、光照的转化、坐标变换以及呆板人末了实行器的精度等。操纵本体例对肆意摆放的工件实行识别和抓取,对连结50次的安装点差错实行统计,如图7所示。通过以上实习测试,本体例可能对肆意摆放的工件实行识别,并可能切确地放到安装地方,工件安装的最大绝对差错为0.2 mm,均匀绝对差错为0.15 mm,可能满意临盆的请求,说明体例的正确性优秀。实习测试时光突出100 min且体例还是安宁运转,说明体例的安宁性优秀。

  5 遣散语为了使现有临盆线工业呆板人能更好地符合抓取境况,安排了基于视觉领导的呆板人抓放体例。通过对处事区域图像及时收集和模板结婚取得工件的坐标和样子,由呆板人完毕抓放。通过对临盆线的纠正,工件可能肆意放入处事区域,也可依据临盆须要调度抓取战术,进步呆板人对境况的符合性,大大进步临盆效用。通过众次测试实习,本体例可能完毕上述全部效用,满意工业临盆的请求。

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