【摘要】目前在生產線上的搬運工業機器人大都是通過預先編程，并按固定的路徑執行動作，目標物體的初始位置和目標位置都是固定的,機器人只是完成點到點的動作。而對于拾取輸送線上位置不確定的物體如面包，袋裝食品等物體，沿固定軌跡運行的機械手就無能為力了。為保證搬運工業機器人順利完成這類在線拾放的工作任務,需引入視覺進行識別定位，引導工業機器人完成對工件的拾取和放置等操作。使用視覺引導的機械手在動作執行速度，放置精度和重復穩定性方面都較人工有很大優勢。

【關鍵詞】機器視覺；機械手；降低成本

  傳統袋裝食品生產線或陶瓷生產線上都配有大量的工人來收集傳送帶上的成品，然后放置到托盤上，不僅工人的勞動強度大，而且企業要使用大量人手工作，也增加了人力資源的成本。為此，我們設計了一個機械手自動拾放系統來滿足這類廠家的生產需要。

  1 系統概況 

  系統由臺達DMV系列視覺傳感器與卡諾普公司的機械手配合，通過以太網通訊的方式，把檢測數據傳送到機械手系統，并由機械手實現目標物體的拾放。

  2 系統設備配置

  2.1 系統設備簡介  

  根據產品生產的要求，從經濟性和系統可靠性的角度出發，選擇控制系統的元器件。

  機器視覺系統可選擇臺達DMV1000控制器，擁有80萬像素攝像頭，25mm 百萬像素級別鏡頭，以及紅色LED環形光源。

  2.2 臺達DMV1000視覺控制器特點

  臺達DMV1000視覺控制器特點有以下幾點：

（1）內建操作系統，小型化體積，無需搭配PC操作；
（2）流程化操作接口，降低使用者設定上的復雜度；
（3）提供多樣檢測功能，滿足大部份應用需求；
（4）工業級設計，符合于震動、高溫等生產環境；
（5）支持雙攝影機同步檢測 (80萬畫素之1394a攝影機)；
（6）I/O、RS232、Ethernet、USB等多樣外部通訊方式；
（7）SD 記憶卡儲存裝置；
（8）提供操作器及PC軟件設定接口；

  目前DMV產品已擁有大量的圖形工具，包括面積測量、邊緣位置、邊緣計數、 邊緣寬度、邊緣節距、邊形比對、邊緣角度、斑點偵測、影像強度、污點檢測、邊緣追蹤及寬度追蹤。其檢測系統使用了專用的視覺LED光源，主要有三大特點。實現，使用壽命長，一萬到三萬小時左右。如果選用頻閃的功能，LED壽命將更長，而且LED的通斷速度快，可在10微秒達到最大亮度；其次，LED有不同的顏色不同的波長，用戶可以根據檢測對象的特征選用不同波長的光源，以突出檢測特征從而達到理想的效果；最后，穩定性好，LED燈采用直流供電，克服了交流供電時出現的工頻頻閃現象，保持了獲取圖像的一致性。圖1為系統控制圖。
 
                  
                                   圖1 系統控制圖

  如圖2所示，當目標物體從流水線出來，以隨機的姿態進入機器視覺的視野后，由上位機觸發視覺系統進行取像，然后把圖像信息傳輸給圖像處理器GPU。通過圖像處理器的運算，計算出產品的重心位置（XY坐標和角度θ），下圖顯示出機器視覺檢測出視野里出現了7個目標物體，這7個物體的位置數據將通機器視覺自帶的通訊口與上位機進行通訊，最后由上位機發送指令給機械手執行動作。

  此外，臺達DMV產品還支持RS232/RS485、Ethernet(10BASE-T)和臺達DVP PLC-Link等通訊方式。市面上幾家大的機械手廠家包括ABB、KUKA以及Staubli均支持DMV的通訊接口。經過程序優化，機械手的抓取速度可達到200個/分鐘，定位誤差小于0.5mm，角度誤差小于1°。
 
                 
                              圖2 機器視覺圖像顯示圖

  2.3 技術性能及系統參數

  檢測內容：產品中心的XY位置及角度θ

通訊方式：通過以太網發送產品的位置數據到上位機（PLC，工控機）
FOV（檢測視野）：200×150mm
WD（工作距離）：800mm

  3 DMV控制系統設計

  作為位置測量系統的DMV，除供電電源外，觸發信號和位置坐標值輸出都是通過以太網口與上位機進行通訊，圖3為DMV的接線端子圖。
  
                 
                               圖3為DMV的接線端子圖

  臺達DMV視覺系統支持modbus TCP/IP，現以Trigger來:在RS485時，當輸入命令【:010610000001E8 CR LF】時，DMV會執行trigger檢測動作。

  圖4為機械手與DMV通訊的參考代碼，其中機械手觸發DMV和讀取x坐標指令，y和角度的略去。
 
                   
                     圖4 機械手與DMP通訊的參考代碼

 4 結束語

  該檢測系統經過合適的選型、較好的硬件配置及完善的程序設計，完全滿足用戶要求。此外，該系統還具備以下幾個特點：首先，加工生產效率高（大約每秒鐘拾取3個產品）；其次，靈活性好，通過簡單的視教動作，即可實現多種不同規格產品的檢測；第三，大大減輕工人勞動強度。

  隨著國內人力成本的增長以及加工企業對品質，產能要求的不斷提升，對機器視覺系統介入生產領域取代人工進行測量，檢測的需求將呈現出快速增長的趨勢。據統計，歐美日等發達國家制造業的機器人使用率較10年前有近10倍的增幅。實際上，在精密電子行業，使用機器視覺，機械手進行產品尺寸測量，外觀檢測，對位等應用已非常成熟，在一些高精度的對位應用里，機器視覺產品的測量精度已大大超載人工檢測的分辨率和精度。

  作者簡介：

  李景昌，出生1974年，畢業于廣東工業大學 自動控制專業。現任中達電通股份有限公司高級視覺應用工程師，從事臺達機器視覺產品在國內的應用推廣。