基于視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人裝配生產(chǎn)線的研究

許愛芳

摘要：伴隨著我國(guó)科技水平的不斷提高，在當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中融入了工業(yè)機(jī)器人搭建裝配生產(chǎn)線，不僅具備較高的精準(zhǔn)度，還有助于降低人工裝配的壓力，全面的提高當(dāng)前的勞動(dòng)效率，。了使工業(yè)機(jī)器人裝配生產(chǎn)線運(yùn)用效果能夠得到全面的提高，在系統(tǒng)優(yōu)化方面要從視覺(jué)的角度，確定整體的檢測(cè)識(shí)別單元優(yōu)化裝配流水線單元。本文論述了基于視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人裝配生產(chǎn)線。

關(guān)鍵詞：視覺(jué);工業(yè)機(jī)器人;轉(zhuǎn)配生產(chǎn)線

一、工業(yè)機(jī)器人裝配生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)

（一）總體設(shè)計(jì)

在進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人裝配生產(chǎn)線設(shè)計(jì)時(shí)，要從宏觀性的角度協(xié)調(diào)不同的系統(tǒng)，以此來(lái)使生產(chǎn)線能夠具備較強(qiáng)的通暢性，為后續(xù)的使用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。根據(jù)機(jī)器人無(wú)人裝配的需求結(jié)合機(jī)器人裝配技術(shù)設(shè)置與之對(duì)應(yīng)的裝配生產(chǎn)線，包含了不同關(guān)節(jié)的工業(yè)機(jī)器人裝配單元和視覺(jué)檢測(cè)識(shí)別單元，優(yōu)化整體的單元傳輸模式，以此來(lái)提高整體的控制效果。在工業(yè)機(jī)器人裝配生產(chǎn)線設(shè)置時(shí)，要按照之前所設(shè)定的程序取出托盤之后再放入到上部的輸送線中，根據(jù)小車自動(dòng)運(yùn)行的流水線來(lái)進(jìn)行各個(gè)設(shè)備之間的相互對(duì)接，再完成自動(dòng)化的對(duì)接，之后，上部輸送線的托盤將被運(yùn)送到流水線中之后，再返回到立體倉(cāng)庫(kù)的末端，繼續(xù)將托盤放入到流水線中循環(huán)，直到所有托盤都已經(jīng)完成運(yùn)輸。在流水線運(yùn)用時(shí)，要根據(jù)相機(jī)來(lái)識(shí)別托盤中的工件，如果托盤中工件為亂序擺放，則需要3D視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別。視覺(jué)系統(tǒng)將工件的位置、尺寸等相關(guān)信息反饋給PLC，PLC根據(jù)反饋的信息給機(jī)器人發(fā)出相應(yīng)的指令，機(jī)器人收到指令后開始相應(yīng)的動(dòng)作，以完成裝配工作，在通過(guò)PLC技術(shù)操控機(jī)器人放完置零部件之后，需要將空托盤放置在系統(tǒng)中之后，再裝配流水線上放上整體的配件裝置，完成成品庫(kù)的優(yōu)化。在完成這一操作之后，所有的裝配和不成套配件要完成各自的擺放任務(wù)，結(jié)束整體的操作流程，不斷的提高整體的設(shè)計(jì)效果。

（二）生產(chǎn)線的功能單元設(shè)計(jì)

首先要進(jìn)行的是立體庫(kù)的設(shè)計(jì)，在不同方向上要滿足正反向運(yùn)動(dòng)的要求，之后再?gòu)牧Ⅲw倉(cāng)庫(kù)中取下相對(duì)應(yīng)的裝置，放入到托盤中手動(dòng)放置托盤，也可以將碼垛機(jī)上部輸送線的托盤放入到內(nèi)部系統(tǒng)中，以此來(lái)完善整體的工作模式。在立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)置方面需要確定X軸和Y軸的運(yùn)動(dòng)距離，將此控制在合理的范圍之中，避免對(duì)后續(xù)的運(yùn)行造成一定的影響。另外還需要使其中沒(méi)有任何的脫落現(xiàn)象，合理的搭配相對(duì)應(yīng)的裝配零部件，不斷的完善當(dāng)前的工作方案。

其次要進(jìn)行的是小車的設(shè)計(jì)，立體倉(cāng)庫(kù)和流水線之間要設(shè)置輔助的磁導(dǎo)條，上部輸送線和工件流水線的碼垛機(jī)，要實(shí)現(xiàn)正常的對(duì)接之后再融入顯示屏和觸摸屏等不同的零部件，利用傳感器來(lái)檢測(cè)磁導(dǎo)條的運(yùn)行狀態(tài)之后再完成采樣點(diǎn)的輸出。沿著地面鋪設(shè)磁場(chǎng)進(jìn)行行駛之后再根據(jù)信號(hào)可設(shè)定的減速位置，和停車位置來(lái)進(jìn)行日常的安裝，在執(zhí)行運(yùn)輸業(yè)務(wù)時(shí)，要由PLC系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的控制，簡(jiǎn)化整體的工作流程。小車自動(dòng)巡視系統(tǒng)為重要組成部分，主要是為了使小車可以更加穩(wěn)定而準(zhǔn)確的運(yùn)行利用磁導(dǎo)航傳感器的各個(gè)感應(yīng)點(diǎn)來(lái)判斷其中的小車轉(zhuǎn)向方向，使整體流程能夠具備較強(qiáng)的通暢性。通過(guò)左右兩輪的差速控制小車偏轉(zhuǎn)方向的糾正時(shí)，磁導(dǎo)航傳感器中間部位的檢測(cè)點(diǎn)趨近于磁條的正上方之后，再完成小車的循跡。在系統(tǒng)設(shè)置方面要將視覺(jué)檢測(cè)單元融入其中，相機(jī)中的工件尺寸和物理尺寸要保持一致之后，再通過(guò)手動(dòng)放置的方式將零部件放置在指定的區(qū)域中，在軟件上要得到有關(guān)軟件和角度的相關(guān)信息。自動(dòng)流水線主要是對(duì)配件托盤進(jìn)行運(yùn)輸，通過(guò)合理的裝配做好科學(xué)的布局，使整體流程能夠具備較強(qiáng)的通暢性。在工業(yè)機(jī)器人選擇方面可以設(shè)置末端執(zhí)行器，利用激光筆正確的調(diào)整工件流水線和裝配流水線的位置之后，再通過(guò)機(jī)器人視角的方式將工件放入到裝配流水線的裝配工件的指定位置，完成托盤，放入空托盤的收集動(dòng)作。各個(gè)機(jī)器人要正常的運(yùn)行，不要出現(xiàn)卡頓和碰撞的問(wèn)題，自由度可以設(shè)置在6左右，并且還需要根據(jù)整體的生產(chǎn)特點(diǎn)，確定與之對(duì)應(yīng)的活動(dòng)范圍，從而使運(yùn)動(dòng)通暢性能夠得到全面的提升。

（三）生產(chǎn)線仿真設(shè)計(jì)

在生產(chǎn)線仿真設(shè)計(jì)時(shí)，要將托盤放入到上部的運(yùn)輸線路中之后，再放置到下一階段的工件流水線，在完成托盤運(yùn)輸之后要自動(dòng)的返回到立體倉(cāng)庫(kù)的末端，繼續(xù)將托盤放置其中，循環(huán)到所有托盤造成運(yùn)輸就可以停止操作了，在流水線中使用相機(jī)用于識(shí)別托盤中的工件之后再根據(jù)相機(jī)識(shí)別的效果調(diào)控，機(jī)器人的抓取位置放置在合適的位置中之后，在裝配流水線上對(duì)整個(gè)減速器進(jìn)行配置，完成裝配之后要將成品放在成品庫(kù)，不斷的優(yōu)化當(dāng)前的工作模式。在訓(xùn)練中也可以融入仿真系統(tǒng)操控整體的運(yùn)行模式，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)在流水線中所存在的異常情況。在軟件中要配合著草圖繪制和特征編輯等命令創(chuàng)建與之對(duì)應(yīng)的三維模型圖，和系統(tǒng)模塊進(jìn)行相互的匹配以此來(lái)優(yōu)化整體的布局。在后續(xù)設(shè)計(jì)時(shí)要先確定工業(yè)機(jī)器人底座的位置，根據(jù)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的合理范圍自動(dòng)的擺放相對(duì)應(yīng)的流水線生產(chǎn)模塊，例如其中要包含立體倉(cāng)庫(kù)和防護(hù)欄等。最后對(duì)搭建生產(chǎn)線場(chǎng)景進(jìn)行樹狀結(jié)構(gòu)圖的構(gòu)建，根據(jù)生產(chǎn)線仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不斷的優(yōu)化當(dāng)前的生產(chǎn)布局，從而使得工作效率能夠得到全面提高。

二、基于視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人裝配單元的設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)布局

在進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人裝配單元設(shè)計(jì)方面，需要根據(jù)視覺(jué)檢測(cè)來(lái)識(shí)別相對(duì)應(yīng)的單元重要信息的整合和記錄工作，為后續(xù)系統(tǒng)運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，在系統(tǒng)中要包含CCD傳感器，高質(zhì)量的采集現(xiàn)場(chǎng)的圖像，并且智能相機(jī)型號(hào)也要進(jìn)行科學(xué)的調(diào)整，遵循靈活性的工作原則，從而使后續(xù)工作可以更加順利地進(jìn)行。另外還需要特別注意視覺(jué)系統(tǒng)坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，要集中在包裝分揀和焊接等不同的組成部分，智能系統(tǒng)雖然實(shí)現(xiàn)了零件中心坐標(biāo)位置和運(yùn)算的識(shí)別，但是通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)得到的零件中心坐標(biāo)和實(shí)際中的坐標(biāo)存在一定的差距，所以在實(shí)際工作中需要進(jìn)行科學(xué)的調(diào)整，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，將視覺(jué)系統(tǒng)識(shí)別零件中心坐標(biāo)傳送給機(jī)器人，以此來(lái)減少其中的誤差問(wèn)題，不斷的提高整體的運(yùn)行效果。在實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要了解三維物體點(diǎn)位坐標(biāo)和智能視覺(jué)系統(tǒng)輸出二維坐標(biāo)之間的關(guān)系，在投影面上進(jìn)行成像之后，再確定與之對(duì)應(yīng)的像素原點(diǎn)坐標(biāo)，其中包含了相機(jī)坐標(biāo)系和圖像坐標(biāo)系等等，要將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行相互的匹配，不斷的完善當(dāng)前的設(shè)計(jì)方案。在相機(jī)成像時(shí)如果出現(xiàn)畸變的問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致鏡像失真和切向失真的情況也會(huì)出現(xiàn)非線性的疊加問(wèn)題，所以在實(shí)際工作中需要具體問(wèn)題具體分析，優(yōu)化整體的技術(shù)模式，為后續(xù)的使用提供重要的方向。例如要先根據(jù)畸變的類型來(lái)進(jìn)行科學(xué)的調(diào)整，為了復(fù)原失真的圖片，要進(jìn)行圖像的修正，運(yùn)用相對(duì)應(yīng)的公式來(lái)確定，最終的修正算法和修這種參數(shù)，不斷的完善當(dāng)前的設(shè)計(jì)方案模板本身為已知的小圖像。在模板匹配方面需要在大圖像中進(jìn)行目標(biāo)的搜索，在圖內(nèi)找到確定目標(biāo)，并且和模板尺寸相互的匹配，掌握正確的方向以及圖像等等，這樣一來(lái)可以在圖中找到相對(duì)應(yīng)的所有目標(biāo)，確定其中的坐標(biāo)值，不斷的擴(kuò)大模板的覆蓋范圍。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于改進(jìn)模板匹配算法要先進(jìn)行粗略的匹配，取模板的隔行隔列數(shù)據(jù)在原圖的1/4內(nèi)進(jìn)行匹配，由于數(shù)據(jù)量在大幅度的降低，匹配速度在不斷的提高，因此在實(shí)際工作中需要確定其中的平均最大誤差，在控制的范圍之內(nèi)了解對(duì)角點(diǎn)進(jìn)行相互的匹配，并且將各個(gè)圖像模板進(jìn)行相互的比較，優(yōu)化整體的算法，全面的提升整體的設(shè)計(jì)效果。第1次匹配位置為偶數(shù)隔行隔列進(jìn)行搜索，第2次搜索到的內(nèi)容為精準(zhǔn)性的位置，以此來(lái)解決以往不精準(zhǔn)的問(wèn)題。

在工件識(shí)別方法設(shè)計(jì)方面，首先要對(duì)圖像進(jìn)行標(biāo)定，和之前所設(shè)定的尺寸只進(jìn)行相互的比較，之后再獲取工件形狀和位置差等等，利用相機(jī)視覺(jué)順序進(jìn)行學(xué)習(xí)，劃分為不同的工件，逐漸的提高整體的設(shè)計(jì)效果。在系統(tǒng)編寫時(shí)要了解缺陷工件的腳本文件，各類工件信息所對(duì)應(yīng)的地址要和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行相互的匹配，每個(gè)工件占用三組地址，先確定X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)，之后調(diào)整其中的角度偏差，從而使整體設(shè)計(jì)效果能夠得到全面提高。在人工控制方面要使特定定量的標(biāo)識(shí)和鏡像目標(biāo)內(nèi)容保持一致，確定學(xué)習(xí)區(qū)域和搜索區(qū)域等等。在相似度確定方面，如果參數(shù)過(guò)小會(huì)導(dǎo)致收率在不斷的增加，整體運(yùn)算量也會(huì)不斷的提升，如果相關(guān)值過(guò)大，那么也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)遺漏的問(wèn)題，所以在實(shí)際工作中需要謹(jǐn)慎的對(duì)待其中的參數(shù)確定設(shè)計(jì)。在目標(biāo)搜索角度范圍中目標(biāo)很有可能會(huì)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)角度的變化，為了達(dá)到快速定位的效果，要根據(jù)目標(biāo)實(shí)際出現(xiàn)最大角度偏差設(shè)定這一值確定定位時(shí)間。在幾何對(duì)稱目標(biāo)方面，要根據(jù)對(duì)稱特征確定目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度之后，再配合著搜索區(qū)域范圍，來(lái)劃分好不同的坐標(biāo)位置，考慮X軸和Y軸的坐標(biāo)變化，并且根據(jù)目標(biāo)在實(shí)施圖像中的區(qū)域，盡可能的減小拍照和搜索區(qū)域，防止出現(xiàn)較嚴(yán)重的干擾問(wèn)題。

（二）自動(dòng)流水線的設(shè)計(jì)

在自動(dòng)流水線設(shè)計(jì)方面，要根據(jù)裝配流水線配合工業(yè)機(jī)器人完成相對(duì)應(yīng)的搬運(yùn)裝配任務(wù)，其中包含了手動(dòng)控制和流水線啟動(dòng)停止等相關(guān)的操作行為，并且要根據(jù)正反向點(diǎn)運(yùn)動(dòng)和回原點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，控制相對(duì)應(yīng)的裝配流水線。在任意一個(gè)位置中來(lái)確定裝配的工位，以此來(lái)達(dá)到良好的控制效果。在具體實(shí)施的過(guò)程中需要配備中間減速箱，使速度能夠減少之前的1/10，在狀態(tài)允許的背景下確定電機(jī)和減速的型號(hào)等等，不斷的完善當(dāng)前的設(shè)計(jì)方案。在裝配流水線位置調(diào)整方面要手動(dòng)操作機(jī)器人，將機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到裝配流水線位置的正上方之后，再打開激光筆，在坐標(biāo)系下將激光筆沿著X方向而不斷的運(yùn)動(dòng)，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整當(dāng)前的裝配流水線，從而使裝配流水線能夠沿著激光筆而運(yùn)動(dòng)，兩者要保持一致。在流水線位置調(diào)整方面需要手動(dòng)操作，保證生產(chǎn)線的正常運(yùn)行，工件在生產(chǎn)線中如果處于系統(tǒng)位置正上方，在世界坐標(biāo)系下，要將激光筆沿著外方向而不斷移動(dòng)之后再調(diào)整整體的流水線，從而使得工件流水線某邊緣和激光筆運(yùn)動(dòng)方向保持一致，逐漸的提高整體的設(shè)計(jì)效果。

（三）控制程序的設(shè)計(jì)

在控制程序設(shè)計(jì)方面，要將重點(diǎn)放在PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，不斷的完善當(dāng)前的設(shè)計(jì)方案，根據(jù)任務(wù)要求，按照下正向啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)工件流水線的正向轉(zhuǎn)動(dòng)，按下流水線停止按鈕工件流水線的轉(zhuǎn)動(dòng)之后，再進(jìn)行科學(xué)的調(diào)控，從而使整體流水線能夠具備較強(qiáng)的通暢性。在系統(tǒng)中也要設(shè)置工業(yè)機(jī)器人和視覺(jué)系統(tǒng)的通訊通道，做好信息的共享以及傳遞。根據(jù)工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)所說(shuō)到的信息，傳送到通訊通道中，在傳輸時(shí)要按照PLC地址編號(hào)進(jìn)行科學(xué)的對(duì)照，確定傳輸?shù)奈恢茫瑢⑿畔⑤斔偷娇刂浦行闹?，根?jù)實(shí)際生產(chǎn)要求優(yōu)化當(dāng)前的裝配流水線。

結(jié)束語(yǔ)：

在進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人裝配生產(chǎn)線設(shè)置方面，要考慮整體系統(tǒng)運(yùn)行的通暢性，并且在視覺(jué)的背景下優(yōu)化當(dāng)前的裝配生產(chǎn)線模式，考慮不同的組成部分，融入先進(jìn)的控制系統(tǒng)，完善各個(gè)生產(chǎn)線流程的控制優(yōu)化，并且做好科學(xué)的實(shí)驗(yàn)，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人裝配生產(chǎn)線運(yùn)行時(shí)所存在問(wèn)題，做好各個(gè)信息之間的傳遞，從而使系統(tǒng)運(yùn)行能夠具備較強(qiáng)的通暢性。

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