基于ABB工業(yè)機器人的視覺信息處理研究

段有艷,李慧東，李光輝

(昆明冶金高等專科學(xué)校電氣與機械學(xué)院，云南 昆明 650033)

0 引 言

隨著“互聯(lián)網(wǎng)”和“大數(shù)據(jù)”時代的到來，多樣化消費成為當前消費增長的主流。為滿足新時代消費主體的消費需求，使產(chǎn)品在市場競爭中獲得優(yōu)勢，企業(yè)需要在所提供產(chǎn)品和服務(wù)上實現(xiàn)技術(shù)性和專有性，以充分滿足消費者的個性化需求[1]。

許多企業(yè)已開始轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式，從過去的大規(guī)模大批量的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)向了小規(guī)模小批量及定制化的柔性生產(chǎn)方式[2]。用戶特定的定制要求使得以往的標準化工業(yè)生產(chǎn)被定制化柔性生產(chǎn)方式取代，而勞動力成本的不斷上升也促進了以工業(yè)機器人和圖像視覺技術(shù)為代表的自動化技術(shù)在各行業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

1 產(chǎn)品流程信息動態(tài)識別的重要性

機器視覺廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)制造檢測等工業(yè)領(lǐng)域，用來保證產(chǎn)品質(zhì)量、控制生產(chǎn)流程、感知環(huán)境等，產(chǎn)品的定制化生產(chǎn)，需要工業(yè)機器人和機器視覺必須能快速高效、準確地對產(chǎn)品定制化流程信息進行識別。

圖1 視覺輸出比對和機器人數(shù)據(jù)獲得Fig.1 Visual output comparison and robot data acquisition

例如加工完成一個定制化輪轂需要加工工藝“C1B1C2C3”(C1代表打磨類型1；B1代表數(shù)控類型1；C2代表打磨類型2；C3代表打磨類型3)，此定制輪轂按照工藝代碼依次完成C1、B1、C2、C3的加工。傳統(tǒng)方法利用視覺系統(tǒng)的輸出比對功能來比較工藝代碼，并將此工藝代碼的索引號進行輸出。工業(yè)機器人通過獲得的索引號來進行工序的執(zhí)行，如圖1所示。

假設(shè)一個產(chǎn)品需要3種工藝來完成，每種工藝可能有N種情況，那么在識別完產(chǎn)品信息后，需要有N3種情況需要比對，也就需要在視覺系統(tǒng)中建立N3個對應(yīng)索引號進行匹配。根據(jù)實際生產(chǎn)的工藝復(fù)雜程度，產(chǎn)品的工藝流程可能有4種，也可能是5種或者是6種以上，那么比對次數(shù)將成幾何倍數(shù)增長。

如果采用此種完全枚舉法，信息比對數(shù)量繁多且不利于程序的及時調(diào)整，而通過工業(yè)機器人對從視覺系統(tǒng)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進行合理的提取和處理，可以減少比對次數(shù)，對于新增加的工藝流程也能夠?qū)崿F(xiàn)快速調(diào)整，進而非常有效地提升產(chǎn)品的定制化生產(chǎn)進程。

圖2 ABB機器人發(fā)送和接收數(shù)據(jù)流程(視覺系統(tǒng)通訊)Fig.2 The robot sends and receives data flow(visual communication)

2 視覺通信

2.1 機器視覺系統(tǒng)

機器視覺系統(tǒng)是通過機器視覺產(chǎn)品將被攝取目標轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，得到被攝目標的形態(tài)信息，并將其轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號，圖像處理系統(tǒng)對這些信號進行目標特征的抽取，再根據(jù)預(yù)設(shè)的允許度和其他條件輸出結(jié)果，實現(xiàn)自動識別功能，進而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。本系統(tǒng)利用視覺系統(tǒng)實現(xiàn)二維碼(生產(chǎn)工序數(shù)據(jù))數(shù)據(jù)信息的識別。

2.2 通信方式及流程

ABB工業(yè)機器人控制器可作為服務(wù)器或客戶機，利用套接字(socket)通信與機器視覺系統(tǒng)進行通信[3-4]。

ABB機器人發(fā)送和接收數(shù)據(jù)流程如圖2所示。

3 視覺信息處理

3.1 信息提取

定制化產(chǎn)品因為需要充分滿足用戶需求，其產(chǎn)品生產(chǎn)流程可能涉及多個選擇分支，采用傳統(tǒng)方法時信息比對數(shù)量繁多且不利于程序的及時調(diào)整，因此本文提出利用ABB工業(yè)機器人強大的數(shù)據(jù)處理功能進行視覺信息的分析和提取，從而增強系統(tǒng)的可擴展性和調(diào)整的方便性。本實例中從視覺系統(tǒng)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)格式如圖3所示，數(shù)據(jù)類型為字符型，其中“流程信息數(shù)據(jù)”部分中1個字母+1個數(shù)字組成1個代碼組，標識1個對應(yīng)的產(chǎn)品生產(chǎn)流程。視覺系統(tǒng)識別并輸出產(chǎn)品二維碼信息，工業(yè)機器人需要將視覺系統(tǒng)的信息按照加工順序進行分組提取對比，與成組索引號比對相比，其比對次數(shù)大量減少，有利于程序的調(diào)整。

圖3 獲得的字符串數(shù)據(jù)格式Fig.3 The string data format

工藝流程復(fù)雜程度不同，視覺系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)長度即機器人端接收到的數(shù)據(jù)長度也不同，主要是與產(chǎn)品生產(chǎn)流程復(fù)雜程度相對應(yīng)的產(chǎn)品“流程信息數(shù)據(jù)”的長度有變化，分析如圖3所示構(gòu)成可知，數(shù)據(jù)共包含3個部分：命令執(zhí)行OK響應(yīng)、流程信息數(shù)據(jù)、校驗+結(jié)束符，其中命令執(zhí)行OK響應(yīng)、校驗和結(jié)束字符為固定數(shù)據(jù)且具有固定長度，而“流程信息數(shù)據(jù)”部分字符是所需提取的代表產(chǎn)品生產(chǎn)流程信息的數(shù)據(jù)。因此，實際要做的工作就是將這部分信息進行有效提取，比對后確定對應(yīng)的生產(chǎn)流程，驅(qū)動產(chǎn)品的生產(chǎn)流程來執(zhí)行。利用ABB工業(yè)機器人中StrPart、StrLen、For等指令進行循環(huán)提取，將代表流程信息的數(shù)據(jù)依次完全提取。

圖4 產(chǎn)品流程信息提取流程圖Fig.4 Flow chart of product flow information extraction

首先，用StrLen指令計算出數(shù)據(jù)所包含的字符串的總體長度，字符串總長度減去“命令執(zhí)行OK響應(yīng)”長度和“校驗+結(jié)束符”長度，就得到“流程信息數(shù)據(jù)”的字符長度，因為數(shù)據(jù)里與流程信息對應(yīng)的代碼(字符型數(shù)據(jù))的組成規(guī)律是1個字母+1個數(shù)字組成的1個代碼組，所以該長度再除以2，就計算出“流程信息數(shù)據(jù)”所對應(yīng)的流程數(shù)，也就是對“流程信息數(shù)據(jù)”字符串的提取次數(shù)，采用FOR循環(huán)語句構(gòu)成循環(huán)體，循環(huán)次數(shù)等于提取次數(shù)；然后，通過StrPart指令每1次存放2個字符到string數(shù)據(jù)類型的數(shù)組shuju{}中，從而完成將第二部分所有字符按照分組形式依次存放在shuju{}數(shù)組中，并等待后續(xù)流程判斷使用。

例如string1=“OK/0DOK/0DC1B1C2C3/0D/0D”，經(jīng)過提取后，shuju{1}=“C1”，shuju{2}=“B1”，shuju{3}=“C2”,shuju{4}=“C3”。提取控制流程如圖4所示。

圖5 產(chǎn)品流程信息提取示例Fig.5 Sample of product process information extraction

按照以上方法，將需要的流程信息以2位為1組進行提取。以“OK/0DOK/0DC1B1C2C3/0D/0D”的信息為例，信息提取情況如圖5所示。

3.2 信息比對

信息提取完成后，對被提取的流程信息與被定義的信息進行比對，根據(jù)比對判斷結(jié)果執(zhí)行相對應(yīng)的例行程序。

用ABB工業(yè)機器人中的TEST指令，就可以實現(xiàn)提取的產(chǎn)品流程信息與被定義輸出流程之間的比對工作，根據(jù)比對結(jié)果，執(zhí)行相對應(yīng)的產(chǎn)品生產(chǎn)程序。將存放在shuju{}數(shù)組中的產(chǎn)品流程信息數(shù)據(jù)依次取出與被定義的生產(chǎn)流程比較，從而執(zhí)行相對應(yīng)的生產(chǎn)程序。由于涉及到多個生產(chǎn)流程，用TEST、CASE語句實現(xiàn)相對應(yīng)的生產(chǎn)程序的執(zhí)行，如產(chǎn)品生產(chǎn)工序定義，信息提取后的比對和工藝流程執(zhí)行情況如表1所示。

表1 生產(chǎn)工序定義表Tab.1 Production process definition table

按照圖4的內(nèi)容，產(chǎn)品流程信息提取次數(shù)存放于cishu，產(chǎn)品流程信息編號存放在shuju{}數(shù)組中。

For b from 1 to cishu do// 循環(huán)體建立

TEST shuju// 比對流程信息

CASE “B1”： //比對到流程信息編號B1

B1； //調(diào)用B1對應(yīng)的數(shù)控加工工序程序

CASE “C2”：//比對到流程信息編號C2

C2； //調(diào)用C2對應(yīng)的打磨加工工序程序

CASE “A2”：//比對到流程信息編號A2

A2； //調(diào)用A2對應(yīng)的倉儲工序程序

……

ENDTEST// 比對結(jié)束

4 結(jié) 語

工業(yè)機器人通過socket與機器人視覺系統(tǒng)進行通訊，對接收的產(chǎn)品流程信息進行分組提取和信息比對，可以實現(xiàn)對定制化產(chǎn)品流程信息的高效提?。煌瑫r可以快速應(yīng)對生產(chǎn)流程的調(diào)整，實現(xiàn)產(chǎn)品的定制化生產(chǎn)，有效解決原有方法擴展性和靈活性不足的問題。