Partido Hongshe, esperando Jinliang, Qiang Hua, Zhang Chao

(Faculdade de Engenharia Elétrica e da Informação, Universidade Shaanxi da Ciência e Tecnologia, Xi'an 710021, China)

Linhas de produção já existentes robô industrial ponto de agarramento fixos, a peça de trabalho pode ser colocada em uma postura fixa previamente em uma posição fixa, este modo de montagem é difícil de satisfazer os requisitos da produção industrial do complexo e ineficiente. sistemas existentes melhorando projetado sistema de montagem robótica com base em orientação visual. sistema de visão de máquina é concebida para conseguir uma identificação rápida da função da peça de trabalho, de posicionamento e de determinação de atitude; pegar e sistema lugar é concebido para atingir peça de trabalho precisa de agarrar e função de montagem; MFC usando o desenvolvimento visual Studio, para alcançar algoritmos de processamento de imagem, e a utilização de soquete transmite comunicação de dados para a coordenar e a postura do robô. Ele tem boa estabilidade e rápido pela verificação experimental do sistema para atender aos requisitos de produção, um aumento substancial na eficiência de produção.

A visão da máquina, um SCARA; montagem do sistema; as Socket Communications

CLC: TP242.2

código do documento: A

DOI: 10,16157 / j.issn.0258-7998.2017.05.004

formato de citação chinês: Partido Hongshe, esperando Jinliang, China forte, e assim por diante. SCARA robótica automatizada montagem do sistema com base na orientação visual Tecnologia Eletrônica, 2017,43 (5): 21-24.

Inglês formato de citação: Dang Hongshe, Hou Jinliang, Qiang Hua, et al. SCARA sistema automático de montagem baseado em visão guiada .Application de Técnica Eletrônica, 2017,43 (5): 21-24.

0 Introdução

Os robôs industriais são altamente integrados produtos mecatrônicos, como um dos "Made in China 2025" áreas chave de desenvolvimento Dez, é um indicador importante de automação industrial e industrial 4.0 . robôs industriais têm uma alta precisão de repetição, confiabilidade, aplicabilidade, e outras vantagens, amplamente utilizado em automóveis, máquinas, eletrônicos, logística e outras indústrias, tem provado ser o meio mais eficiente de produção, o aumento da demanda . Desde o início dos anos 1960, o robô industrial passou por três estágios de desenvolvimento . A primeira geração de ensinar tipo de reprodução robô industrial, o operador pode dizer de sua trajetória, o conhecimento exigências de ordem memorizada, em seguida, ler as informações de acordo com o comando de reprodução e completar a tarefa. O robô industrial segunda geração é robô industrial conscientes, instalação robô industrial, dando-lhe o sensor associado tem sentindo, informações feedback pode ser externo. A terceira geração de robôs industriais são robôs industriais inteligentes, pode fazer julgamentos sobre o meio ambiente, condições de trabalho e, em seguida, executar a tarefa. Tipicamente como feedback da visão de máquina para guiar um tarefas robôs industriais são realizados pela informação de processamento de imagem.

visão de máquina é um importante campo de robôs industriais , e a linha atual robôs mais industriais são controlados robô para executar a operação de instrução predeterminado por meio ensinado previamente ou off-line de programação, uma vez que o ambiente de trabalho ou o objeto de destino for alterado, o robô não pode adaptar a essas mudanças em tempo hábil, resultando em fracasso da missão, e este trabalho limita consideravelmente a flexibilidade ea eficiência de robôs industriais.

Um sistema de montagem composto por

Nós concebido e implementado um sistema de montagem robótica com base em visão de máquina, colocando a peça de trabalho pode ser concluído e qualquer um dos diferentes tipos de tarefas de montagem on-line. Sistema consiste em sistemas de montagem robóticos e sistema de visão de máquina. sistema de visão de máquina inclui uma aquisição de imagem, a calibração da câmara, casamento de modelos, o reconhecimento pode ser determinado, e o ângulo de rotação do posicionamento das diferentes partes. O sistema compreende uma montagem robotizada de preensão e a montagem de uma peça de trabalho, a peça de montagem está concluído, sob a orientação de visão. comunicação de socket, usando o PC para enviar dados para a coordenar e a postura do robô, do robô segurando a peça com base nos dados de posição e, em seguida, coloque a posição montada.

2 projetar o sistema visual

aquisição de imagem 2.1

Coreano tecnologia IMI série Amazon2 de câmeras industriais , que é uma câmera digital Progressive Scan, padrões de protocolo Gigabit Ethernet GigE, usando o chip Sony CCD de varredura progressiva com alta qualidade de imagem. Conectado a um PC via Ethernet, ea aquisição de freqüência. Primeiro, pegue ++ software driver de interface da câmera C instalado pela câmera IMI, e depois transplantadas funções de interface para Visual Studio2015 o desenvolvimento secundário. No caso em que a biblioteca compreende uma câmara, os dados da câmera é lido por instanciar a classe alça da câmera. Adquirir uma imagem pelo OneFrameGrab câmera, e os dados armazenados em uma posição fixa, lendo função de câmera IMI em tempo real.

2.2 Câmara de Calibração

Em aplicações de visão de máquina, os parâmetros de calibração da câmara são aspecto muito crítico da sua estabilidade e precisão dos resultados do algoritmo de calibração afetam diretamente a precisão dos resultados gerados trabalho de câmera . Uma vez que o robô de agarrar uma peça de trabalho localizada no mesmo plano, apenas o tempo de captação de imagens para a placa de calibração pode ser obtida no exterior dos parâmetros da câmara. Após a obtenção dos parâmetros da câmara exterior, isto é, a distância real pode ser obtida nas coordenadas de imagem correspondentes a cada pixel no sistema de coordenadas. Em seguida, a fórmula transformação de coordenadas do sistema pode ser obtido por conversão a relação entre a imagem e sistema de coordenadas do mundo sistema do robô de coordenadas.

Estabelecer modelo padrão 2.3

Precisamos criar modelos para diferentes forma padrão da peça antes de realizar casamento de modelos. A peça de trabalho na vista padrão de uma câmara, a aquisição de uma imagem, a imagem da extracção ROI, seguido por extracção com contorno, para obter o perfil padrão do molde. padrão de trabalho é primeira imagem adquirida com uma função ROI interceptação retangular para interceptar uma região retangular; em seguida, melhorar a imagem e, finalmente função de criação para criar um modelo a partir de um modelo, o modelo para dar um perfil padrão após binarização. Criar uma idéia algoritmo modelo é a seguinte:

(1) Olhando de nível de cinzento da imagem gradiente região ROI, operador de Sobel usando o processamento valor de cinzento do pixel de imagem pode devolver os valores de pixel de escala de cinzentos na direcção de X (a Gx) e no sentido T (Gy). E calcular o valor de cinza direção do gradiente atual do ponto de pixels usando a seguinte equação.

(2) supressão do algoritmo (NMS) para procurar a direcção máximo gradiente local, o elemento não-máxima supressão valor com um não-máximos, as bordas podem ser refinado. algoritmo de supressão de direção não-máxima borda de rastreamento sobre o pixel, se o valor de pixel é menor do que a gradação da atual esquerda e valor de cinza do pixel direito, o cinza pixel atual suprimida.

(3) algoritmo limiar dupla e extracção do bordo de ligação. algoritmo de supressão não máximos podem ser tratados depois de uma pequena quantidade de pixels não de ponta são incluídos no resultado, portanto um trade-off, seleccionando o valor de limiar. Com dois limiares seleccionando um método de ligação de borda, assumindo dois valores de limiar em que um valor de TH alto limiar, o valor de um outro TL é um limiar baixo, em seguida: Para qualquer pixeis de orla é inferior a TL, em seguida, descartado, porque nenhum pixeis de orla do que TH é, é reservado; qualquer borda entre os valores de pixel de TL e TH, se um pixel pode ser ligada ao bordo e a extremidade de todos os pixels é maior do que TH é maior do que o limite mínimo de TL, está retido, ou descartadas. A borda de poupança de imagem final, a Fig. 1 é um processo de criação de um modelo do trabalho A.

correspondência 2.4 template

Pesquisar modelo de imagem em tempo real de captura de imagem da câmera área de trabalho, para obter as coordenadas de pixel e o ângulo de rotação da peça. processo de harmonização modelo mostrado na FIG.

Em que a medida de similaridade utiliza o numérica normalizada mais semelhante ao modelo de imagem incluído numa saída de imagem mais próximo de 1, a seguinte fórmula:

Em que a imagem representativa do molde de um gradiente das direcções X e Y, representando X e imagens de gradiente direcção Y a ser correspondido. medida de similaridade normalizada será a imagem atual e a semelhança do modelo Score, o limite é definido para MinScore Score de 0,75. Pode ser configurado para coincidir com o número máximo de imagens, o número de qualidade de destino, se o jogo é maior do que o coeficiente de mais do que o número máximo de acertos MinScore, basta retornar a melhor posição de destino coeficientes de qualidade. Se o objetivo não é encontrar uma correspondência, em seguida, retornar apenas alvos foram encontrados. ângulo correspondente ângulo no valor de saída radianos 0 ~ 2, correspondente a uma rotação anti-horária da imagem modelo 0 ~ 360 °. De acordo com os resultados finais da imagem da câmara de calibração da peça coordena em coordenadas mundiais robô. Depois de várias experiências corresponder resultado de acordo taxa de precisão de 98%, o erro absoluto máximo combinando 5 pixels, combinando o tempo médio de 60 ms.

3 Estrutura robótico sistema de montagem

SCARA (conjunto Conformidade seletivamente braço robótico) robô é um plano articulado robô industrial com quatro articulações , três eixo comum de rotação paralelos um ao outro, posicionados e orientados para alcançar um avião, um movimento de articulação, para atingir a extremidade do elemento de elevação movimento, amplamente utilizado na indústria de plásticos, indústria automóvel, indústria de eletrônicos, a indústria farmacêutica ea indústria de alimentos e outros campos . O design do robô com a informação recebida coordenadas e o ângulo da peça de trabalho com as comunicações de PC, e segurando uma peça de trabalho em uma postura fixa no local especificado.

3.1 SCARA Programa de Comunicação robô

Porto IP1 está ligado ao controlador do robô como um cliente para um servidor em execução no PC usando a comunicação sem fio para receber e enviar dados. Usando o PRINT robô e linguagem de comando ENTRADA, em comunicação de dados com o programa em linguagem robô. String pode ser enviada utilizando qualquer comando PRINT a partir do controlador, o controlador envia a variável seqüência de caracteres especificada e valor de comando PRINT. Os dados recebidos através do comando de entrada, o controlador pode receber apenas um número real ou um inteiro. Os dados do controlador recebido é substituído na variável especificada pelo comando ENTRADA. No programa de língua robô, referindo-se à variável, usando os dados recebidos. C ++ foi desenvolvido utilizando servidor de comunicação baseada em soquete no Visual Studio, para transmitir as coordenadas da peça de trabalho para o cliente modelo de correspondência robô obtida. programa de comunicação com o PC do robô com o fluxograma mostrado na FIG.

3.2 SCARA escolha robô e lugar Programação

TSPC programa completo robô no software, cuja função principal é a de coordenadas da peça de trabalho e o ângulo dos dados recebidos, o robot move-se a peça de trabalho numa posição fixa para a posição de montagem. Devido a rastrear a área de trabalho é relativamente grande, assim que você quer rastejar área de trabalho separada. Através do estudo da trajetória do alcance do robô, a área de trabalho está dividido em duas partes determinam, em cada postura peça emocionante diferente. As coordenadas globais robô X = 331,6 como uma fronteira, utilizando a metade superior do C = -254,380 peça de agarrar de referência, utilizando a metade inferior do rastreamento = -74,306 referência peça C. Uma vez que a peça de trabalho na área de trabalho com um ângulo de rotação de 0 ~ 360 °, de modo a ajustar o ângulo de rotação do robô sobre a base de referência, de tal modo que cada vez que o instrumento terminal efectivo do robô e a peça de trabalho são paralelos.

O efector final robô de acordo com o ângulo de rotação do princípio da peça de trabalho. Uma vez que o correspondente molde de retorno ponto do centro da peça de trabalho, quando o ângulo é alterado de coordenadas, as coordenadas correspondentes do robô mudaram a atitude da peça de trabalho, a fim de assegurar a preensão da peça a trabalhar em paralelo. O princípio apresentado na Figura 4.

Uma peça de trabalho, se o ângulo de rotação é igual a zero, então o ponto central da peça de trabalho para o instrumento terminal (X0, Y0) a (X1, Y1) do linear de aperto uma peça de trabalho. Quando a peça de trabalho Um ângulo de rotação, o ponto central efector final da peça de trabalho (X0, Y0) a (X2, Y2) da linear de aperto uma peça de trabalho. Robô coordenada compensar calculada pela seguinte equação, em que é o ângulo de rotação da peça de trabalho, L é o comprimento do efector final de 7.564 cm.

Em seguida, passar SAFEPLAY, os diferentes ângulos de rotação da peça de obra são movidas com um ângulo fixo a um ponto de colocação segura, finalização colocação. Escolher e programa lugar robô fluxograma mostrado na Figura 5.

4 experiências

Usando MFC em desenvolvedores do Visual Studio para atingir a imagem acima processamento de algoritmos, e estabelecer comunicação com o servidor de soquete SCARA. método multi-threading em um programa MFC Live View área de trabalho imagem do robô, utilizando tempo de interrupção da forma como o casamento de modelos de imagem. Quando combinado com a peça de trabalho, a peça de trabalho de coordenadas comunicação soquete usando o robô para ser enviado para completar a montagem. Interface de Programa de MFC e sistema de montagem experimental mostrado na Fig.

A principal fonte de erro sistemático para a calibração da câmera, mudanças de iluminação, a precisão da transformação de coordenadas e um instrumento terminal de um robô. Com o presente sistema para identificar qualquer lugar e agarrar uma peça de trabalho, a montagem 50 estatísticas de erro ponto consecutivos, como mostrado na FIG. , O sistema pode ser realizada por qualquer um dos reconhecimento partes acima testes experimentais colocado, e pode ser colocado com precisão na posição de montagem, o erro absoluto máximo da peça de trabalho de montagem é de 0,2 mm, o erro médio absoluto de 0,15 milímetros, para atender aos requisitos de produção, demonstrar a precisão do sistema é bom. Testes experimentais para mais do que 100 minutos e o sistema continua a ser uma operação estável, bom sistema à prova de estabilidade.

5 Conclusão

A fim de fazer a linha existente de robôs industriais rastejar para melhor se adaptar ao ambiente, um design pick and place sistema baseado no robô guiado por visão. Obtido através da área de trabalho da peça em captura e correspondentes modelo de coordenadas de imagem em tempo real e atitude, pela pick and place robô está concluída. Através da melhoria da linha de produção, a peça pode ser colocado em qualquer área de trabalho, buscando estratégia também pode variar de acordo com as necessidades de produção, melhorar a adaptabilidade do robô para o ambiente, aumentando a produtividade. Por meio de vários testes experimentais, o presente sistema pode completar todas as funções acima, para satisfazer os requisitos da produção industrial.

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