工業(yè)機(jī)器人視覺搬運(yùn)系統(tǒng)通訊方法及程序設(shè)計(jì)解析

韋真光

摘要：當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用越來越廣泛，與之相關(guān)的技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展，將視覺技術(shù)與機(jī)器人編程技術(shù)進(jìn)行融合，讓機(jī)器人擁有和人眼相似的功能，使機(jī)器人工作時(shí)更具智能化。本文介紹了一種ABB機(jī)器人視覺工作站，模擬零件搬運(yùn)工作崗位，重點(diǎn)闡述ABB機(jī)器人系統(tǒng)與視覺系統(tǒng)之間的通訊、運(yùn)用視覺軟件進(jìn)行零件搬運(yùn)時(shí)機(jī)器人程序編程等關(guān)鍵技術(shù)，有利于增強(qiáng)機(jī)器人應(yīng)用實(shí)踐能力，為工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的學(xué)員提供一些學(xué)習(xí)幫助。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;視覺;通訊;搬運(yùn)

0? 引言

工業(yè)機(jī)器人在搬運(yùn)作業(yè)時(shí)，如果沒有視覺反饋，給機(jī)器人提供的零件必須保持精度固定的位置和方向，為此對(duì)每一特定形狀的零件要用專門的振動(dòng)抖式上料器供料，這樣才能保證機(jī)器人準(zhǔn)確的抓取零件。但由于零件的形狀、體積、重量等原因，有時(shí)不能保證提供固定的位置和方向，或者對(duì)于多種零件、小批量的產(chǎn)品用不同的上料器是不經(jīng)濟(jì)的，這時(shí)用機(jī)器視覺系統(tǒng)完成零件的之別、定位和定向，引導(dǎo)機(jī)器人完成零件分類、取放以至裝配則是一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。

1? ABB機(jī)器人視覺工作站功能分析

ABB機(jī)器人通過與視覺系統(tǒng)進(jìn)行通訊、程序的編程和調(diào)試，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)料板上零件顏色、形狀和位置進(jìn)行識(shí)別和定位，完成機(jī)器人搬運(yùn)作業(yè)。本文工作站的主要功能和流程如下：儲(chǔ)料板上有16個(gè)方形凹槽，相鄰兩個(gè)凹槽相距50mm，用于擺放16個(gè)工件。運(yùn)行程序前必須保證儲(chǔ)料板上沒有工件，防止機(jī)器人發(fā)生碰撞。先將工件任意放置在平板上的黑框內(nèi)，機(jī)器人發(fā)送信號(hào)觸發(fā)工業(yè)相機(jī)拍照，相機(jī)拍照后定位工件位置，并將位置數(shù)據(jù)傳輸給機(jī)器人控制器，機(jī)器人獲得工件位置后夾具運(yùn)動(dòng)到工件上表面，吸盤拾取工件，然后將工件擺放到儲(chǔ)料板上，完成一個(gè)工件的碼垛，總共要完成16次視覺搬運(yùn)作業(yè)。

2? 機(jī)器人視覺工作站硬件組成

機(jī)器人視覺搬運(yùn)工作站主要由機(jī)器人本體和視覺搬運(yùn)單元兩大部分組成。機(jī)器人模塊選用ABB公司IR120型工業(yè)機(jī)器人;機(jī)器視覺模塊包括了康耐視工業(yè)相機(jī)、平板、儲(chǔ)料板、單吸盤夾具、綠色圓形工件。

2.1 工業(yè)機(jī)器人模塊

工業(yè)機(jī)器人是一種模擬人手臂、手腕和手功能的機(jī)電一體化裝置，可對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的位置、速度和加速度進(jìn)行精確控制，從而完成某一工業(yè)生產(chǎn)的作業(yè)要求。當(dāng)前工業(yè)中應(yīng)用最多的第一代工業(yè)機(jī)器人主要由以下幾個(gè)部分組成：機(jī)器人本體（操作機(jī)）、控制器和示教器。

2.2 機(jī)器視覺模塊

視覺系統(tǒng)選用的是康耐視Insight 5000系列，包括鏡頭、智能相機(jī)和光源控制器三部分。系統(tǒng)中智能相機(jī)使用康耐視調(diào)試軟件In-Sight Explorer進(jìn)行視像調(diào)試，和計(jì)算機(jī)之間使用網(wǎng)口連接，計(jì)算機(jī)主要用于智能相機(jī)圖片的處理、編程、程序下載、監(jiān)控等。

3? ABB機(jī)器人與視覺系統(tǒng)的通訊方法

ABB機(jī)器人和視覺系統(tǒng)是通過TCP/IP的方式實(shí)現(xiàn)通訊的，ABB機(jī)器人實(shí)現(xiàn)TCP/IP通訊的前提是必須要有616-1 PC Interface（系統(tǒng)配置）選項(xiàng)功能，所以，當(dāng)我們?cè)谡鎸?shí)機(jī)器人系統(tǒng)上想實(shí)現(xiàn)TCP/IP通訊要先檢查下系統(tǒng)是否含此選項(xiàng)功能。TCP是因特網(wǎng)中的傳輸層協(xié)議，使用三次握手協(xié)議建立連接，過程比較復(fù)雜，實(shí)際使用中，我們可以用socket編程接口實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與客戶端間的通訊。網(wǎng)絡(luò)上的兩個(gè)程序通過一個(gè)雙向的通訊連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，這個(gè)雙向鏈路的一端稱為一個(gè)Socket。Socket通常用來實(shí)現(xiàn)客戶方和服務(wù)方的連接。Socket是TCP/IP協(xié)議的一個(gè)十分流行的編程界面，一個(gè)Socket由一個(gè)IP地址和一個(gè)端口號(hào)唯一確定。 機(jī)器人實(shí)現(xiàn)此功能的過程需要以下幾個(gè)步驟完成：

第一步，創(chuàng)建機(jī)器人系統(tǒng)，這里要注意把616-1 PC Interface選項(xiàng)加入。

第二步，新建程序模塊及例行程序。通訊相關(guān)指令在Communicate指令集下就能找到。

第三步，編寫程序，參考程序如圖3所示。

第四步，運(yùn)行例行程序，測(cè)試通訊。

4? 視覺搬運(yùn)機(jī)器人程序設(shè)計(jì)

根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡編寫機(jī)器人程序時(shí)，首先根據(jù)控制要求繪制機(jī)器人程序流程圖，然后編寫機(jī)器人主程序和子程序。編寫子程序前要先設(shè)計(jì)好機(jī)器人的運(yùn)行軌跡及定義好機(jī)器人的程序點(diǎn)。

4.1 設(shè)計(jì)機(jī)器人程序流程圖

根據(jù)控制功能，設(shè)計(jì)機(jī)器人程序流程圖，如圖1所示。

4.2 工業(yè)相機(jī)的調(diào)試

視覺搬運(yùn)模塊中要求使用工業(yè)相機(jī)對(duì)工件進(jìn)行定位，編寫機(jī)器人視覺搬運(yùn)程序前，首先要對(duì)康耐視工業(yè)相機(jī)的調(diào)試，調(diào)試的方法及步驟可參照產(chǎn)品說明書。

4.3 機(jī)器人關(guān)鍵示教點(diǎn)和坐標(biāo)系的確定

相機(jī)調(diào)試完成后，開始編寫機(jī)器人程序。視覺搬運(yùn)使用單吸盤拾取和放置工件，需要建立吸盤TCP，可以命名為danxipan_t;吸盤定位工件的過程要求吸盤能沿著平板的X、Y方向偏移，需要建立一個(gè)視覺工件坐標(biāo)系，命名為vision_wobj。相機(jī)實(shí)時(shí)視頻中左上角的點(diǎn)是視覺工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)，可以在平板上做好記號(hào)，然后示教該原點(diǎn)vision_p1。儲(chǔ)料板上第一個(gè)工件的位置記錄在示教點(diǎn)vision_p4中，如圖2所示。根據(jù)機(jī)器人關(guān)鍵示教點(diǎn)和坐標(biāo)系，可確定其運(yùn)動(dòng)所需的示教點(diǎn)和坐標(biāo)系，見表1。

4.4 機(jī)器人搬運(yùn)程序的編寫

編寫機(jī)器人程序前，首先要了解機(jī)器人與康耐視相機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊，機(jī)器人通過程序?qū)崿F(xiàn)與工業(yè)相機(jī)的數(shù)據(jù)交互，主要包括ConnetToInSight（）、GetVisionData（）兩個(gè)子程序?qū)崿F(xiàn)。

4.4.1 相機(jī)遠(yuǎn)程連接ABB機(jī)器人的程序的編寫

首先在機(jī)器人程序上新建相機(jī)遠(yuǎn)程設(shè)備ComSocket，然后輸入相機(jī)的遠(yuǎn)程IP地址為“192.168.125.63”，再發(fā)送相機(jī)設(shè)備的登錄賬號(hào)，最后發(fā)送相機(jī)設(shè)備的登錄密碼。參考程序如圖3。

4.4.2 機(jī)器人獲取相機(jī)的數(shù)據(jù)的程序編寫

首先機(jī)器人發(fā)送“sw8＼0d＼0a”指令給相機(jī)，觸發(fā)相機(jī)拍照;然后機(jī)器人從相機(jī)設(shè)備獲取視覺坐標(biāo)中的X數(shù)據(jù)，最后機(jī)器人從相機(jī)設(shè)備獲取視覺坐標(biāo)中的Y數(shù)據(jù)。

4.4.3 多個(gè)工件的視覺搬運(yùn)程序

首先新建工件坐標(biāo)系vision_wobj;然后示教工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)vision_p1，示教完原點(diǎn)可以將其注釋掉。將一個(gè)工件放在平板上的黑框識(shí)別區(qū)內(nèi)，調(diào)試好相機(jī)后，機(jī)器人從相機(jī)中獲取位置數(shù)據(jù)nXOffs和nYOffs，通過偏移指令vision_p2：=Offs（vision_p1，0.25377*nXOffs+3.763，0.26* nYOffs，0）;獲得工件在vision_wobj坐標(biāo)系下X、Y坐標(biāo)值，再通過直線運(yùn)動(dòng)指令使吸盤到達(dá)工件上方。在示教原點(diǎn)vision_p1時(shí)，要保證該點(diǎn)距離平板的高度大于一個(gè)工件的高度，防止工件定位時(shí)吸盤發(fā)生碰撞。對(duì)一個(gè)工件的視覺定位后，可以嘗試將工件搬運(yùn)到儲(chǔ)料板上，并使用For循環(huán)實(shí)現(xiàn)多個(gè)工件的視覺搬運(yùn)。儲(chǔ)料板上第一個(gè)工件的位置需要示教，示教完之后需要將其注釋掉。得到儲(chǔ)料板第一個(gè)工件位置后，可以通過偏移指令計(jì)算儲(chǔ)料板上的所有凹槽位置。

5? 結(jié)束語

加了視覺的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)較好地融合了工業(yè)機(jī)器人、智能相機(jī)、以太網(wǎng)通訊等先進(jìn)技術(shù)，可對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)任務(wù)靈活設(shè)計(jì)，通過調(diào)試運(yùn)行有效地提高了對(duì)工業(yè)機(jī)器人控制的理解和應(yīng)用。工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用專業(yè)院校在開發(fā)課程或舉辦技能競(jìng)賽是可根據(jù)該系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，將機(jī)器人的搬運(yùn)碼垛編程作為開發(fā)重點(diǎn)，使機(jī)器人根據(jù)各種不同任務(wù)要求進(jìn)行編程調(diào)試，為社會(huì)培養(yǎng)出更多高技能應(yīng)用人才。

參考文獻(xiàn)：

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