何家恒

【摘 要】本文通過眾為興ar5215四軸機械臂及Avs1100視覺系統(tǒng)，利用ADTvision圖像處理軟件，單目視覺對機械手及攝像機系統(tǒng)進行標定。通過圖像處理軟件對抓取物體進行識別，并用機械手進行靜態(tài)抓取驗證研究結果。

【關鍵詞】ADTECH；標定；機器視覺；圖像處理

Application Research of Vision Crowling Robot Base on Adtech ar5215 Robot & Avs1100 Vision System

HE Jia-heng

【Abstract】ADTECH ar5215 four-axis robot and Avs1100 visual system， ADTvision image processing software is introduced in this paper. Monocular vision camera system were use to calibrate the robot. The object is identified by image processing software， and gripped by manipulator.

【Key words】ADTECH；calibration；machine vision；image processing

0 引言

工件識別與抓取機械臂的一項重要應用，通過示教控制機械臂執(zhí)行預定動作，一旦環(huán)境或目標發(fā)生變化，機械臂不能適應，導致抓取失敗。視覺處理的關鍵是攝像機的手眼標定與圖像識別處理，具有快速和非接觸的特點，通過視覺引導機械臂進行抓取搬運作業(yè)，提高生產(chǎn)線智能率。

1 硬件組成及工作原理

1）視覺控制器：AVS1100工控機 帶兩個網(wǎng)口，SMAT卡，及ADTvision視覺軟件

2）工業(yè)相機：安裝于傳送帶上方，通過網(wǎng)線與視覺控制器通訊。

3）鏡頭：computar 12mm 1：1.4 2/3 定焦鏡頭

4）光源：平面LED光源，獲得高對比度高質量圖像。

眾為興四軸機械臂：ar5215四軸機械臂，該機械臂有四個旋轉關節(jié)，適合生產(chǎn)線上平面抓取，定位進度0.01mm。

2 視覺系統(tǒng)的圖像采集及標定

視覺系統(tǒng)的作用是采集圖像后，確定工件位置，把工件位置轉化為機械臂可以識別的坐標信號，最后通過以太網(wǎng)接口與機械臂通訊傳遞坐標。

ADTvision軟件界面如圖一所示，界面左邊為工具箱，中間為作業(yè)流程。通過鼠標拖動選擇相應的工具拖動到作業(yè)流程界面，即可生成圖像采集的作業(yè)流程。本文的作業(yè)流程是1圖像采集，2邊緣定位，3用戶坐標，4以太網(wǎng)通訊。

2.1 采集圖像及其設置

采集圖像主要是通過設置及調節(jié)攝像機，獲取清晰的現(xiàn)場圖片。

從工具箱界面拖取圖像工具中的“采集圖像”，到作業(yè)流程界面，如圖一。雙擊作業(yè)流程中的“采集圖像”彈出采集圖像界面，如圖一“采集圖像窗口”。將“圖像采集”窗口中的觸發(fā)模式調為“off”，即可在圖像界面中看到鏡頭的實時場景，如圖一“實時圖像”。通過調節(jié)攝像機的光圈和焦距，獲得對焦清晰、亮度對比度較高的圖像。

2.2 邊緣定位創(chuàng)建模板

邊緣定位創(chuàng)建模板主要是通過工件邊緣輪廓提取，識別出工具的位置，為后續(xù)的抓取提供坐標。

在工具箱界面定位工具中拖取“邊緣定位” 到作業(yè)流程界面。雙擊“邊緣定位”彈出“邊緣定位”模板設置界面，如圖二所示。其中“模板匹配最低分數(shù)”指拍攝圖像與模板的匹配率，可設“0-99”，設置過低會造成誤識別，設置過高會造成識別困難。

雙擊模板，會彈出“邊緣模板學習”窗口。本文對瓶蓋邊緣進行識別。首先選擇“單ROI模式”并選擇“ROI類型圓形”，用圓形框取瓶蓋外緣，如圖三所示。此時的綠色邊緣，為本文需要的瓶蓋邊緣的模板。點擊“創(chuàng)建模板”完成模板創(chuàng)建的流程。

2.3 攝像機的標定，標定板特征信息提取

攝像機的標定，標定板的特征信息提取是建立起視覺與機械臂聯(lián)系的重要步驟，標定的準確度將直接影響到抓取的準確度。本文采用100mm尺寸的標準標定板進行標定。

在工具箱界面標定工具中拖取“用戶坐標” 到作業(yè)流程界面，如圖一所示。雙擊“用戶坐標”彈出“用戶坐標”設置界面，如圖四所示。根據(jù)攝像頭的特性調整參數(shù)，點擊“開始標定”進行圖像采集如圖五所示。標定板為7*7共49個圓靶構成的黑色矩陣，以圓心作為標定點。固定攝像機位置，點擊“采集”按鈕，攝像機對放置在檢測平面上不同位置的標定板拍照，板需放在攝像機完全拍攝到的區(qū)域，否則會導致“標定失敗”，標定范圍需包括要機械臂抓取的所有區(qū)域。連續(xù)拍攝10張以上的圖片點擊“結束標定”按鈕，彈出標定成功。最后一幅圖像標定完后，需保持標定板位置固定不變，以保留給機械臂作為用戶坐標標定依據(jù)。

2.4 網(wǎng)絡及作業(yè)設置

網(wǎng)絡及作業(yè)設置的最重要作用是和機械臂建立通訊，并對坐標進行適當處理使機械臂能完成視覺抓取。

在工具箱界面通訊工具中拖取“以太網(wǎng)”到作業(yè)流程界面。雙擊“以太網(wǎng)”彈出“以太網(wǎng)設置”窗口。點擊“關閉網(wǎng)口”按鈕，可對“服務器IP”（機械臂主機IP），“服務器端口”（機械臂接收數(shù)據(jù)端口），“本地IP”（視覺系統(tǒng)IP），“本地端口”（視覺系統(tǒng)的端口）進行設置。

3 機械臂的坐標設置及讀取

通過合理的設置機械臂坐標并與視覺系統(tǒng)的通訊，機械臂獲取視覺系統(tǒng)的坐標，實現(xiàn)抓取。

3.1 機械臂添加用戶坐標的設定

機械臂添加用戶坐標的目的是在機器人中建立用戶坐標1（UCrd1），方便抓取工件時調用，建立起機械臂與視覺系統(tǒng)的聯(lián)系。

在“機器人工程”菜單中，長按或點擊右鍵，選擇添加，在彈出菜單中再選擇視覺。選取后，已添加視覺選項。

3.2 機械臂視覺配置用戶坐標設定

機械臂的視覺配置主要是在機械臂上通過端口設置建立與視覺系統(tǒng)的通訊聯(lián)系，設定網(wǎng)絡接收的格式，并進行視覺系統(tǒng)用戶坐標的標定。

在“機器人工程”菜單中，視覺列表中配置，長按或點擊右鍵，彈出窗口。點擊“打開”，出現(xiàn)“視覺配置窗口”，如圖五所示。在“視覺配置” 窗口中，可選擇“相機”（視覺系統(tǒng)攝像頭），“ 網(wǎng)絡模式”（視覺系統(tǒng)的網(wǎng)絡模式），“ IP”（視覺系統(tǒng)的IP），“端口”（視覺系統(tǒng)的發(fā)送端口），“網(wǎng)絡接收格式”（視覺系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)的格式），“用戶坐標標定”等。

點擊“用戶坐標標定”中的“標定”按鈕，彈出“用戶坐標標定”窗口。點擊“Org”，移動裝好頂針的機械臂，到最后一幅圖像標定的標定板原點處（即標定板矩形框三角邊緣處），點擊“示教”按鈕。點擊“xx”，機械臂到x軸盡頭，點擊“示教”按鈕。點擊“yy”， 移到y(tǒng)軸盡頭點擊“示教”。完成以上三步后，點擊“用戶標定”窗口的計算按鈕，軟件自動計算出用戶坐標1對應的數(shù)據(jù)，如圖五所示。至此機械臂用戶坐標標定完成，視覺系統(tǒng)與機械臂坐標對應。

4 機械臂編程

5 結論

本文針對流水線工件進行定位識別與抓取，通過ADTvision軟件，目標板的標定，建立圖像坐標與機械臂坐標之間的關系。通過模板匹配與圖像識別，識別出需要抓取的工件位置并轉化為坐標，傳給機械臂控制機械臂精確抓取目標并放置。實現(xiàn)了末端偏差1mm的抓取，定位精度較高，滿足工業(yè)自動化生產(chǎn)線的需求。

【參考文獻】

[1]翟敬梅，董鵬飛，張鐵.基于視覺引導的工業(yè)機械臂定位抓取系統(tǒng)設計[J].機械設計與研究，2014（5）.

[2]夏群峰，彭勇剛.基于視覺機械臂抓取系統(tǒng)應用研究綜述[J].機電工程，2014（6）.

[3]盧泉奇，苗同升，汪地，楊浩，宗殿棟.基于HALCON的機械手視覺抓取應用研究[J].光學儀器，2014（6）.

[4]袁麗.NAO機器人的視覺伺服物品抓取設計與實現(xiàn)[D].山東大學碩士學位論文，2015.

[責任編輯：朱麗娜]