解析視覺(jué)控制系統(tǒng)與ABB機(jī)器人之間的通訊

郝磊

摘要：研究了一種基于SDK網(wǎng)絡(luò)通訊機(jī)制的ABB機(jī)器人與視覺(jué)系統(tǒng)之間的通訊編程方法，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人基于C/S模型的分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模型，為機(jī)器人柔性自動(dòng)化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)驗(yàn)證了一種可行的方法。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化 視覺(jué)控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人 通訊協(xié)議

我公司承接的北汽薩博沖壓分廠FAGOR自動(dòng)線國(guó)內(nèi)安調(diào)項(xiàng)目，為原澳洲三菱阿德萊德（Adelaide）工廠二手設(shè)備，該線由西班牙FAGOR聯(lián)合瑞典ABB兩家公司設(shè)計(jì)、成套。全線由兩臺(tái)2400噸和兩臺(tái)800噸閉式4點(diǎn)大臺(tái)面機(jī)械壓力機(jī)和自動(dòng)化上下料、傳遞裝置（8臺(tái)ABB機(jī)器人）、快速換模臺(tái)車(chē)及隔聲房組成，總長(zhǎng)72米。其中第二臺(tái)機(jī)器人的卸載運(yùn)動(dòng)由獨(dú)立于整線自動(dòng)化控制系統(tǒng)的視覺(jué)系統(tǒng)控制。

該系統(tǒng)采用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合，視覺(jué)系統(tǒng)計(jì)算板料的位置差異參考坐標(biāo)，發(fā)送給ABB機(jī)器人，修正機(jī)器人以正確的姿態(tài)從傳送帶卸載板料，然后裝載到第一臺(tái)壓機(jī)。

但視覺(jué)系統(tǒng)與ABB機(jī)器人之間的通訊問(wèn)題成為整線自動(dòng)化調(diào)試的技術(shù)難點(diǎn)，經(jīng)過(guò)查閱大量資料及咨詢(xún)國(guó)內(nèi)外相關(guān)專(zhuān)業(yè)廠家，終于解決了此難點(diǎn)。下面具體介紹一下視覺(jué)系統(tǒng)與ABB機(jī)器人的通訊。

ABB機(jī)器人控制器通過(guò)Ethernet卡與外部視覺(jué)計(jì)算機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)基于TCP/IP協(xié)議的以機(jī)器人控制器為服務(wù)器，視覺(jué)計(jì)算機(jī)為客戶機(jī)之間的通訊。機(jī)器人控制器作為服務(wù)器，提供數(shù)據(jù)管理服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)，響應(yīng)并受理由外部計(jì)算機(jī)發(fā)出的請(qǐng)求，并將計(jì)算結(jié)果傳送給外部視覺(jué)計(jì)算機(jī)。

ABB S4型機(jī)器人控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)由機(jī)器人多任務(wù)操作系統(tǒng)BaseWare OS和基于該操作系統(tǒng)的機(jī)器人RAPID程序及SDK服務(wù)器程序等組成。由于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和操作只受機(jī)器人程序控制，要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在線控制，必須與機(jī)器人RAPID程序進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊，而SDK服務(wù)器程序可以跨越進(jìn)程與操作系統(tǒng)或機(jī)器人程序進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，從而獲得機(jī)器人系統(tǒng)和機(jī)器人RAPID程序的狀態(tài)和數(shù)據(jù)變量。外部視覺(jué)計(jì)算機(jī)運(yùn)行SDK客戶端程序，通過(guò)向機(jī)器人控制器發(fā)出請(qǐng)求，并實(shí)時(shí)響應(yīng)機(jī)器人控制器上的SDK服務(wù)器程序的答復(fù)的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

一、通訊配置

1.ABB機(jī)器人的配置：

在開(kāi)始配置之前，必須在示教器上檢查機(jī)器人FactoryWare的安裝情況。按服務(wù)按鈕→選擇服務(wù)菜單→在視圖菜單下→選擇系統(tǒng)信息的ProductID，在那里，它應(yīng)安裝FatoryWare（以太網(wǎng)模塊）。

下一步是配置FactoryWare。按服務(wù)按鈕→選擇系統(tǒng)參數(shù)→在主題菜單下→選擇通訊類(lèi)型→進(jìn)入應(yīng)用協(xié)議→按添加按鈕添加以下參數(shù)：

名稱(chēng)：介紹這個(gè)配置的名字。 i.e：RAP1

傳輸協(xié)議：傳輸協(xié)議是TCP / IP（必須定義）

類(lèi)型：該參數(shù)必須選擇讀寫(xiě)

遠(yuǎn)程方向：IP Webware的安裝。

上述參數(shù)的定義和機(jī)器人重新啟動(dòng)后，機(jī)器人示教器上方能顯示這個(gè)參數(shù)。之后，在這里輸入視覺(jué)PC的IP地址。

重要的事情是聲明所有的變量，我們希望機(jī)器人和Webware之間的溝通做到持久性。必須在機(jī)器人示教器上執(zhí)行以下步驟：

按程序按鈕→在查看菜單下→進(jìn)入數(shù)據(jù)類(lèi)型→選擇要聲明的數(shù)據(jù)類(lèi)型→按新增按鈕→介紹名稱(chēng)，然后聲明所有的變量后，用戶可以從任何遠(yuǎn)程應(yīng)用程序，使用簡(jiǎn)單的視覺(jué)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的程序訪問(wèn)這些變量執(zhí)行。

2.視覺(jué)系統(tǒng)Webware的配置

要配置Webware的用戶必須使用以太網(wǎng)。具體操作如下：

1）Start→Programs→ABB Automation→WebWare SDK→InterLink Configuration

2）首先，用戶必須添加一個(gè)新的機(jī)器人配置文件，按 圖標(biāo)。然后，下面的屏幕上會(huì)出現(xiàn)：

3）這里，必須在第一個(gè)框中（L2A; ROBSLAVE）鍵入機(jī)器人的名稱(chēng)。之后，選擇機(jī)器人的TCP/ IP協(xié)議，按“編輯主機(jī)文件”按鈕，然后會(huì)彈出這個(gè)窗口：

TCP / IP節(jié)點(diǎn)必須加入。按“添加”按鈕，將打開(kāi)配置窗口：

4）在此窗口中，必須引進(jìn)的主機(jī)名（R2）和機(jī)器人的IP地址。按“OK”，保存。

設(shè)置機(jī)器人2的IP地址（視覺(jué)機(jī)器人）。

5）最后，必須聲明一個(gè)名字，按“編輯個(gè)人資料”按鈕，然后到“接口”標(biāo)簽：

6）在窗口必須選擇“Poll simulated IO”和“Use optimal polling list”。最后介紹機(jī)器人的IO文件的路徑。下一步就是訂閱所有的快速程序使用溝通與視覺(jué)系統(tǒng)的持久變量。做這個(gè)必須去'變量訂閱'選項(xiàng)卡：

7）在此窗口中，必須引入變量名，選擇變量的類(lèi)型，按添加按鈕。逐個(gè)新增視覺(jué)系統(tǒng)所使用的所有變量：

數(shù)字變量：errorcode1，errorcode2，errorcode3，errorcode4，errorcodeGen，orierr1，orierr2，orierr3，orierr4，xerr1，xerr2，xerr3，xerr4，yerr1，yerr2，yerr3，yerr4，partnum。

布爾變量：startcycle，visionready。

配置完成后，主窗口必須顯示此參數(shù);

8）視覺(jué)PC Robot2的IP地址

視覺(jué)PC的IP地址是與機(jī)器人必須兼容。

9）運(yùn)行視覺(jué)軟件

進(jìn)入開(kāi)始菜單 - 程序 - ABB自動(dòng)化 - Webware的SDK和運(yùn)行互聯(lián)監(jiān)視器驗(yàn)證機(jī)器人和視覺(jué)電腦之間的通訊。

二、通信協(xié)議。

視覺(jué)系統(tǒng)與機(jī)器人使用以太網(wǎng)的通信是基于一系列的可讀取和寫(xiě)入雙方的共同變量。在機(jī)器人這邊，這些常見(jiàn)的變量必須是恒定的。除此之外，機(jī)器人必須在自動(dòng)模式下讀取和寫(xiě)入雙方的共同變量。如果事實(shí)并非如此，視覺(jué)系統(tǒng)將無(wú)法讀寫(xiě)任何變量。

雙方所使用的變量的名稱(chēng)必須在邏輯上是平等的，以及它們的類(lèi)型。

下面是每個(gè)變量的解釋?zhuān)?/p>

startcycle：

這個(gè)變量進(jìn)行數(shù)據(jù)收集的啟動(dòng)。機(jī)器人將此變量設(shè)置為T(mén)RUE時(shí)視覺(jué)系統(tǒng)已確認(rèn)的變量已經(jīng)改變，它將閱讀圖像。視覺(jué)系統(tǒng)變量設(shè)置為FALSE，使機(jī)器人可以識(shí)別，如果必要的話，視覺(jué)系統(tǒng)必須確認(rèn)登記。

visionready：

視覺(jué)系統(tǒng)將此變量設(shè)置為T(mén)RUE，表明機(jī)器人在最后一次讀取相應(yīng)變量模型的數(shù)據(jù)是已經(jīng)準(zhǔn)備好的。機(jī)器人將這個(gè)變量設(shè)置為FALSE，將讀取模板的數(shù)據(jù)。

partnum：

機(jī)器人設(shè)置此變量，每次都需要從模型中收集數(shù)據(jù)。其中startcycle變量設(shè)置為T(mén)RUE的時(shí)，代表視覺(jué)系統(tǒng)要讀取工件代碼，然后視覺(jué)系統(tǒng)在其數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)現(xiàn)此模板的型號(hào)并在軌道上發(fā)現(xiàn)的型號(hào)，

errorcodeGen：

這是由視覺(jué)系統(tǒng)，并表示可能發(fā)生一般性錯(cuò)誤。機(jī)器人必須讀這個(gè)變量，并檢查錯(cuò)誤板塊讀取數(shù)據(jù)之前發(fā)生的。如果發(fā)生錯(cuò)誤，發(fā)現(xiàn)板塊的變量的數(shù)據(jù)是不可預(yù)知的。

錯(cuò)誤代碼：

0沒(méi)有一般的錯(cuò)誤。

-1參考在“partnum”的要求是無(wú)效的。

-2這個(gè)模型文件沒(méi)有找到。

errorcode1

在第一個(gè)工件可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

錯(cuò)誤代碼：

-0未找到正確的模板。

-1傳送帶上工件沒(méi)有找到，沒(méi)有有效的數(shù)據(jù)。

-2工件已超出傳送帶的邊緣。

xerr1：

這是視覺(jué)系統(tǒng)指示機(jī)器人在傳送帶上發(fā)現(xiàn)工件位置的變量之一。這個(gè)變量通知機(jī)器人在傳送帶上工件沿X軸的位置變化。在本環(huán)節(jié)中工件是唯一的，相應(yīng)的變量將顯示，由于其余的都是相同的。

yerr1：

這個(gè)變量通知機(jī)器人在傳送帶上工件沿Y軸的位置變化。

orierr1：

這個(gè)變量通知機(jī)器人在傳送帶上工件角度的位置變化。

通信協(xié)議

*視覺(jué)系統(tǒng)讀取機(jī)器人發(fā)來(lái)的“partnum”數(shù)字量。

*機(jī)器人設(shè)置“startcycle”變量為T(mén)RUE，以便視覺(jué)系統(tǒng)開(kāi)始工作。

*視覺(jué)系統(tǒng)讀取“startcycle”，把它設(shè)置為FALSE，并同時(shí)讀取數(shù)據(jù)庫(kù)的模板。

*視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)置一般錯(cuò)誤。

*視覺(jué)系統(tǒng)計(jì)算實(shí)際工件和模型的坐標(biāo)偏差。

*視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)置“visionready”變量為T(mén)RUE。

*機(jī)器人讀取“visionready”并將其設(shè)置為FALSE。

*機(jī)器人讀取視覺(jué)系統(tǒng)發(fā)來(lái)的坐標(biāo)偏差（X、Y、角度）。

結(jié)論：視覺(jué)導(dǎo)引運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)適和多種應(yīng)用，從大量元件的自動(dòng)分析到簡(jiǎn)單的撿取和放置應(yīng)用。設(shè)計(jì)這種系統(tǒng)雖然很復(fù)雜，但它能最大限度地提高生產(chǎn)效率。通訊只是建立整個(gè)系統(tǒng)比較初級(jí)的部分但它非常重要，如果視覺(jué)系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人之間的通訊無(wú)法建立，將導(dǎo)致視覺(jué)導(dǎo)引運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)器人技術(shù)具有良好的成本節(jié)約優(yōu)勢(shì)，能對(duì)零件式樣與位置的變化進(jìn)行管理，免去了成本高昂的精密夾具、機(jī)械料擋和料盤(pán)，實(shí)現(xiàn)了人工作業(yè)的自動(dòng)化;能精確定位料架上的零件，延長(zhǎng)生產(chǎn)線正常運(yùn)行時(shí)間，消除機(jī)器人碰撞的機(jī)會(huì);并通過(guò)基本檢驗(yàn)和零件識(shí)別功能提升產(chǎn)品質(zhì)量。該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于各類(lèi)搬運(yùn)、組裝、機(jī)械加工和壓鑄工藝中。