惠州學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院 江澤佳 姚文樹 許逸坤 唐驥釗 江佳豐 汪成龍 謝 珩

基于EPSON RC+與LABVIEW的六軸機(jī)械手視覺定位抓取

惠州學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院 江澤佳 姚文樹 許逸坤 唐驥釗 江佳豐 汪成龍 謝 珩

伴隨現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,機(jī)械代替人工在很多領(lǐng)域內(nèi)是一種必然趨勢(shì).其中機(jī)械自動(dòng)化的一個(gè)重要分支--機(jī)械手,在自動(dòng)化工業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用.本文基于愛普生C4系列的六軸機(jī)械手設(shè)計(jì)了一套視覺定位抓取系統(tǒng).采用EPSON RC+7.0軟件調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫從Labview采集的實(shí)時(shí)圖像中獲取工件位置信息,進(jìn)而控制機(jī)械手和夾具在工作臺(tái)上對(duì)工件進(jìn)行視覺定位抓取.該定位抓取系統(tǒng)的精度可達(dá)到2mm.

六軸機(jī)械手;視覺定位;EPSON RC+7.0;Labview

0 引言

目前,機(jī)械手在工業(yè)制造領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,在一些繁重的工作和危險(xiǎn)性較高的工作上很好的代替了人工,這極大提高了工業(yè)制造效率.本文基于愛普生C4系列六軸機(jī)械手,利用視覺定位實(shí)現(xiàn)機(jī)械手對(duì)工作臺(tái)上的特定工件進(jìn)行定位抓取,其中定位信息由Vision assistant與Labview從實(shí)時(shí)采集圖像中提取后生成動(dòng)態(tài)鏈接庫由EPSON RC+7.0調(diào)用.

1 軟硬件設(shè)計(jì)思路

1.1 機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

機(jī)械手的電源是由控制器提供的,控制器通過M/C Power線纜與機(jī)械手進(jìn)行相連.另外,控制器與機(jī)械手之間的通信由M/C Signal線纜完成,該通信是雙向的.控制器在得到PC機(jī)的控制信號(hào)之后再經(jīng)過M/C Signal線纜將信號(hào)傳送給機(jī)械手,以控制機(jī)械手做出相應(yīng)的動(dòng)作.工業(yè)相機(jī)通過USB 2.0與PC端直接連接,同時(shí)由USB端口進(jìn)行調(diào)用.

圖1 硬件連接圖

PC端利用USB數(shù)據(jù)傳輸線與RC700進(jìn)行通訊,完成定位工件和控制機(jī)械手的功能.此外,在機(jī)械手工具末端安裝了一個(gè)機(jī)械爪,它受控于單片機(jī),而對(duì)單片機(jī)的控制則是由控制器來完成的.控制器通過RS-232C端口與STC89C52RC單片機(jī)進(jìn)行通信,當(dāng)單片機(jī)收到控制信號(hào)之后由單片機(jī)相應(yīng)I/O口向舵機(jī)輸出脈沖控制信號(hào),使機(jī)械爪張開或閉合,以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的自動(dòng)抓取.框架如圖1所示.

1.2 視覺定位運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)

以LABVIEW 2014和Vision assistant的結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)相機(jī)的調(diào)用,進(jìn)而對(duì)工作臺(tái)上的工件進(jìn)行定位,并輸出工件個(gè)數(shù)以及各個(gè)工件的坐標(biāo).編程的第一步是需要將相機(jī)的坐標(biāo)與機(jī)械手的坐標(biāo)建立聯(lián)系,在這個(gè)問題上選擇將相機(jī)的坐標(biāo)原點(diǎn)與機(jī)械手的坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)置為同一個(gè)點(diǎn),從而建立起相機(jī)與機(jī)械手之間的坐標(biāo)關(guān)系.

經(jīng)過坐標(biāo)合并之后,緊接著是對(duì)圖像進(jìn)行初步處理,Vision assistant分別對(duì)相機(jī)采集到的圖像進(jìn)行標(biāo)定、矯正、灰度化、模板匹配等一系列操作,如圖2所示.

圖2 Vision assistant初步處理

結(jié)合實(shí)際軟硬件情況選擇了用Vision assistant進(jìn)行標(biāo)定,并且選擇point coordinates calibration這種標(biāo)定方式.由于工業(yè)相機(jī)在采集圖像時(shí)不同角度的圖像會(huì)有不同畸變,所以必須首先對(duì)采集到的圖像進(jìn)行標(biāo)定和矯正,使后續(xù)的操作都是建立在矯正之后的圖像基礎(chǔ)上.經(jīng)過Vision assistant的初步處理之后將程序生成Labview項(xiàng)目,在Labview中進(jìn)行修改,如圖3所示.最后將匹配到的工件數(shù)量和各個(gè)工件坐標(biāo)自動(dòng)保存到txt文本里面,并且將這一系列Labview項(xiàng)目結(jié)合生成動(dòng)態(tài)鏈接庫供EPSON RC+7.0調(diào)用.

在整個(gè)夾持過程中,控制器根據(jù)動(dòng)態(tài)鏈接庫里提供的工件數(shù)對(duì)單片機(jī)和機(jī)械手進(jìn)行相應(yīng)次數(shù)控制.控制器通過RS-232C端口與單片機(jī)進(jìn)行通信,當(dāng)單片機(jī)收到控制信號(hào)之后通過單片機(jī)相應(yīng)I/O口向機(jī)械爪舵機(jī)輸出脈沖控制信號(hào),從而使機(jī)械手爪動(dòng)作.具體流程如圖4所示.

圖4 軟件流程圖

2 整體調(diào)試

圖3 圖像處理

圖5 EPSON RC+7.0編程界面與運(yùn)行顯示界面

對(duì)機(jī)械手的編程首先是設(shè)置功率、速度、加速度,調(diào)用LABVIEW生成的動(dòng)態(tài)鏈接庫并執(zhí)行,生成保存工件的個(gè)數(shù)和坐標(biāo)的txt文件,EPSON RC+7.0讀取該文件并輸出工件個(gè)數(shù)和各個(gè)工件的坐標(biāo)到顯示窗口.圖5為EPSON RC+7.0編程界面與運(yùn)行顯示界面,在圖中可看出當(dāng)識(shí)別到工件后運(yùn)行界面顯示出了工件個(gè)數(shù)和各個(gè)工件在工作臺(tái)上的坐標(biāo),同時(shí)在運(yùn)行界面可以隨時(shí)停止機(jī)械手的動(dòng)作.EPSON RC+7.0程序?qū)⒐ぜ鴺?biāo)發(fā)送給機(jī)械手控制器,進(jìn)而控制機(jī)械手移動(dòng)到特定位置,移動(dòng)的同時(shí)通過RS232給單片機(jī)發(fā)送信號(hào),單片機(jī)在收到信號(hào)后控制爪子進(jìn)行抓取,從而完成這一系列的操作.單片機(jī)根據(jù)工件的尺寸設(shè)置了兩個(gè)不同的波特率,分別控制數(shù)字舵機(jī)的張開和閉合,張開最大寬度為47mm,閉合寬度為30mm,所抓取工件尺寸為直徑30mm的鏤空?qǐng)A柱體.該定位抓取系統(tǒng)的精度可達(dá)到2mm.

3 結(jié)語

本文基于愛普生C4系列的六軸機(jī)械手設(shè)計(jì)了一套視覺定位抓取系統(tǒng).該系統(tǒng)采用EPSON RC+7.0軟件調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫從LABVIEW采集的實(shí)時(shí)圖像中獲取工件位置信息,進(jìn)而控制機(jī)械手和夾具在工作臺(tái)上對(duì)工件進(jìn)行視覺定位抓取.該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功能有:

(1)可以實(shí)現(xiàn)規(guī)定形狀工件的定位識(shí)別;

(2)在定位識(shí)別的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)工件抓取,精度可達(dá)2mm.

[1]袁仁輝.基于機(jī)械手的雙目視覺定位抓取研究[D].燕山大學(xué),2016.

[2]張智,鄒盛濤,李佳桐,李超.六自由度機(jī)械手三維可視化仿真研究[J].計(jì)算機(jī)仿真,2015,32(02):374-377+382.[2017-09-15].

[3]郭洪武.淺析機(jī)械手的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)[J].中國西部科技,2012,11(10):3+12.[2017-09-15].

[4]王彥.基于視覺的機(jī)械手目標(biāo)識(shí)別及定位研究[D].西安理工大學(xué),2010.

江澤佳(1995-),廣東揭陽人,大學(xué)本科在讀,主要研究方向:智能控制.

姚文樹(1994-),廣東汕頭人,大學(xué)本科在讀,主要研究方向:智能控制.

許逸坤(1995-),廣東汕頭人,大學(xué)本科在讀,主要研究方向:智能控制.

唐驥釗(1995-),廣東汕尾人,大學(xué)本科在讀,主要研究方向:智能控制.

江佳豐(1995-),廣東揭陽人,大學(xué)本科在讀,主要研究方向:智能控制.

汪成龍(1986-),男,湖北人,教師,主要從事機(jī)器視覺等教學(xué)與科研工作.

謝珩(1974-),女,廣西人,教師,主要從事智能控制的教學(xué)工作.