周堯鑫

摘 要：本文通過眾為興AR6520四軸機器人與AVS視覺定位系統(tǒng)，以以太網(wǎng)通信的方式，利用ADTVision視覺軟件對不同圖形標(biāo)注的工件進(jìn)行識別，并用機器人進(jìn)行靜態(tài)抓取分揀。

關(guān)鍵詞：機器人;視覺;以太網(wǎng);ADTVision

中圖分類號：TP241;TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）19-0038-03

Abstract： In this paper， by means of Ethernet communication between the 4-axis AR6520 robot and AVS visual positioning system， ADTVision visual software was used to identify the workpiece marked by different graphics， and the robot was used for static fetching and sorting.

Keywords： robotics;vision;Ethernet;ADTVision.

機器人視覺技術(shù)是指智能相機和計算機相結(jié)合，以模擬人類的視覺功能。這一技術(shù)在3C領(lǐng)域①、汽車零部件的生產(chǎn)、制藥等領(lǐng)域有著日益廣泛的應(yīng)用。SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm）②機器人因具有較高的速度、精度、高度以及安裝空間小、設(shè)計自由度大等優(yōu)點而得到大規(guī)模應(yīng)用。目前，應(yīng)用于裝配線上的工業(yè)機器人大多是通過示教操作來完成機器人的動作，這樣的生產(chǎn)線柔性較差，無法滿足對柔性生產(chǎn)系統(tǒng)③的要求，即實現(xiàn)對物料的識別和定位抓取。因此，要使機器人順利并且高效地完成工作任務(wù)，則需要引入機器人視覺技術(shù)以完成對工作目標(biāo)的識別及定位。

1 任務(wù)控制要求

本文主要研究如何利用AVS視覺定位系統(tǒng)分辨不同圖案的工件，并由機器人完成對不同圖案工件的分揀。

任務(wù)示意圖如圖1所示。圖1中有4個不同圖案的工件，SB1為啟動按鈕，SB2為復(fù)位按鈕。控制要求為按下復(fù)位按鈕SB2，機器人自動回原點;手動將隨機選取的工件放入取料點，按下啟動按鈕SB1，視覺系統(tǒng)自動識別工件，然后機器人將工件搬入每個圖案對應(yīng)的工位（如1號圖案對應(yīng)1號工位），工件放置完畢后，機器人自動返回原點，等待下一次啟動[1]。

2 硬件組成和硬件連接

2.1 硬件組成

眾為興AR6520四軸機器人。微型工控機AMC2000E：攝像機通過網(wǎng)口和主機進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;信號的輸入、輸出控制及攝像機的供電均由I/O接口實現(xiàn);指示燈用于指示攝像機的工作狀態(tài)。MER系列相機：GIGE千兆網(wǎng)，500萬像素，1 628（H）×1 236（V），cCMOS類型，幀率為14fps，外部觸發(fā)或軟觸發(fā)，工作電壓12V。Computar鏡頭：12mm，1∶1.4，2/3定焦。平面LED光源。顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤、點動按鈕。

2.2 硬件連接

將視覺控制器連接到24V開關(guān)電源上，連接好相機的電源線、I/O控制線（由機器人外部觸發(fā)）和千兆網(wǎng)線[2]。相機的千兆網(wǎng)線必須連接到相機專用千兆網(wǎng)口中（GbE3口），視覺控制器與機器人控制器間用普通網(wǎng)線連接。顯示器連接到顯示器接口，鍵盤、鼠標(biāo)連接到USB口。控制按鈕SB1、SB2分別連接到機器人控制器的數(shù)字輸入端IN1、IN2。

3 軟件組成

本項目所需的軟件有相機驅(qū)動、加密狗驅(qū)動、ADTvision和LUA機器人程序編輯調(diào)試[3]。

3.1 相機驅(qū)動設(shè)置

雙擊啟動桌面上的

如果網(wǎng)卡IP地址和相機地址不在同一網(wǎng)段時，相機IP地址會以紅色顯示。此時，可以修改網(wǎng)卡的IP地址，也可以直接在該界面修改相機的IP地址，必須保證網(wǎng)卡IP地址和相機IP地址的前3個數(shù)字段一致，最后一個可以不同。修改好IP地址后，相機的IP地址如果以黑色顯示則表示修改成功，此時點擊保存設(shè)置就可以退出該程序。

同理，視覺控制器與機器人間普通網(wǎng)口的IP地址也必須在同一網(wǎng)段內(nèi)，既可以在視覺控制器的網(wǎng)絡(luò)連接中修改，也可以修改機器人的IP地址，以保證兩個IP地址在同一網(wǎng)段中。

在本任務(wù)中，筆者使用相機（192.168.1.112）和機器人（192.168.0.123）的默認(rèn)IP地址，將控制器中與相機關(guān)聯(lián)的IP地址設(shè)置為192.168.1.10，與機器人關(guān)聯(lián)的IP設(shè)置為192.168.0.10。

3.2 視覺系統(tǒng)的圖像采集

視覺系統(tǒng)的作用是將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號;圖像系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運算以抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。

3.2.1 ADTvision軟件界面。ADTvision軟件界面上邊為工具欄，左邊為工具箱，中間為作業(yè)流程區(qū)。

工具箱共有以下4大類。圖像工具用于圖像采集、存儲和相機參數(shù)設(shè)置等;定位工具用于模板操作以及設(shè)置定位算法參數(shù);標(biāo)定工具將像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)化成用戶坐標(biāo);通信工具設(shè)置串口和網(wǎng)口參數(shù)，與外部設(shè)備進(jìn)行通信。

創(chuàng)建作業(yè)流程時，根據(jù)實際工作需要，用鼠標(biāo)拖動工具箱中相應(yīng)的工具到流程列表即可，右鍵菜單中可以刪除不需要的工具。一般情況下，只需要采集圖像、邊緣定位、坐標(biāo)定位和以太網(wǎng)4個工具即可。本任務(wù)中需要選取采集圖像、區(qū)域定位、邊緣定位、以太網(wǎng)4個工具。

3.2.2 以太網(wǎng)設(shè)置。當(dāng)視覺控制器作為服務(wù)器時，需要設(shè)置正確的服務(wù)器IP地址。此時，需要將視覺控制器中普通網(wǎng)口的IP地址設(shè)置到這里，并且要先打開網(wǎng)口，外部設(shè)備才能連接到服務(wù)器進(jìn)行通信，主要參數(shù)設(shè)置如下。服務(wù)器IP：192.168.0.123;服務(wù)器端口：110;協(xié)議類型：UDP;連接模式：客戶端;站號：1;本地IP：192.168.0.10;本地端口：2000。

無論是串口通信還是網(wǎng)口通信，在軟觸發(fā)時，如果外部設(shè)備發(fā)送的是“[0]”命令，則視覺軟件執(zhí)行一次0號相機的定位操作，并將定位結(jié)果傳回給外部設(shè)備;如果外部設(shè)備發(fā)送的是“[1]”命令，則視覺軟件執(zhí)行一次1號相機的定位操作，并將定位結(jié)果傳回給外部設(shè)備。

3.2.3 采集圖像及其設(shè)置。采集圖像主要是通過設(shè)置、調(diào)節(jié)攝像機以獲取清晰的現(xiàn)場圖片。

將“采集圖像”拖取到作業(yè)流程界面，“打開設(shè)備”進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，然后“保存參數(shù)”并“加載參數(shù)”。使用硬件觸發(fā)定位，觸發(fā)模式為on。靜態(tài)IP設(shè)置為相機IP，即192.168.1.112。

3.2.4 邊緣定位創(chuàng)建模板。邊緣定位創(chuàng)建模板主要是根據(jù)目標(biāo)的形狀輪廓來尋找定位目標(biāo)，適合用來尋找有任意旋轉(zhuǎn)角度、任意縮放比例、任意對比度反差和局部遮擋的目標(biāo)，不適合尋找邊緣模糊和有噪聲的目標(biāo)。

點擊工具欄中“連續(xù)采集”按鈕<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（創(chuàng)新驅(qū)動）2019年第19期_103998＼Image＼image3_1.png>，將模板對象放在相機下，進(jìn)行圖像連續(xù)采集。將“邊緣定位”拖取到作業(yè)流程界面。打開“邊緣定位”設(shè)置窗口，其中“模版匹配最低分”表示圖像中找到的目標(biāo)和模版的匹配率，可設(shè)“0—100”，設(shè)置過低會造成誤識別，設(shè)置過高會造成識別不了，一般設(shè)置為70—80。

創(chuàng)建模板，輸入模板名稱，雙擊模板在“邊緣模板學(xué)習(xí)”窗口設(shè)置，選擇“單ROI模式”和“圓形ROI”，用圓形框選取瓶蓋外緣形成清晰的綠色邊緣為所需的模板，點擊“創(chuàng)建模板”完成模板創(chuàng)建的流程。

經(jīng)分析，本任務(wù)4個圖形中除了空心三角形和實心三角形的輪廓比較相似，其他圖形相互的輪廓都有很大區(qū)別。所以，根據(jù)“邊緣定位”工具特性，空心三角形和空心長方形使用“邊緣定位”工具創(chuàng)建模板，實心圓形可以用“邊緣定位”也可用“區(qū)域定位”。本任務(wù)中實心圓形使用“邊緣定位”工具創(chuàng)建模板，模板名為對應(yīng)的圖形編號。

3.2.5 區(qū)域定位創(chuàng)建模板。區(qū)域定位模板主要是根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的像素灰度來尋找定位目標(biāo)，適合用來尋找有噪聲和污損的目標(biāo)，不適合尋找任意旋轉(zhuǎn)角度和縮放比例的目標(biāo)，通常情況下都會需要任意的角度信息。

區(qū)域定位模板的創(chuàng)建步驟與邊緣定位模板的創(chuàng)建基本相同，只是在用圓形框選取模板區(qū)域時，區(qū)域模板圓形框必須包含瓶蓋邊沿，形成的綠色邊緣為所需模板。

經(jīng)分析，本任務(wù)中的實心三角形使用“區(qū)域定位”工具創(chuàng)建模板，以便于與空心三角形進(jìn)行區(qū)分，模板名為對應(yīng)的圖形編號，創(chuàng)建模板。

3.3 相機作業(yè)設(shè)置

選擇“絕對位置”，勾選“模板名稱”。

3.4 AR8520機器人參數(shù)設(shè)定

3.4.1 視覺配置。在機器人工程目錄下添加視覺，進(jìn)入“視覺配置”，選擇“CAM0”相機，“UDP”網(wǎng)絡(luò)模式，IP為視覺控制器中與機器人連接的IP，網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)格式要與“相機作業(yè)設(shè)置”中輸出內(nèi)容勾選的一致。

3.4.2 編寫機器人程序并加載。打開“LUA機器人程序編輯”軟件，編寫程序并保存后，使用示教器將保存的程序加載到機器人控制器中，并對相關(guān)位置點進(jìn)行示教。

4 總結(jié)

本任務(wù)主要由視覺控制器、相機和機器人組成，視覺控制器作為服務(wù)器，貫通著三者間的通信連接。工作過程如圖2所示。

本任務(wù)的設(shè)計內(nèi)容可以分為三部分：第一部分，相機和機器人與視覺控制器之間的以太網(wǎng)通信設(shè)置;第二部分，不同圖形模板的創(chuàng)建;第三部分，機器人程序設(shè)計。

在視覺控制器中設(shè)置IP地址時，由于控制器既與機器人連接又與相機連接，因此，控制器中有2個“本地連接”，其中“本地連接”狀態(tài)中“速度”為100.0Mbps的為與機器人連接端口，“速度”為1.0Gbps的為與相機連接端口。這主要是因為控制器中相機專用網(wǎng)口為千兆網(wǎng)口。

在機器人“視覺配置”中，網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)格式要與網(wǎng)絡(luò)接收格式對應(yīng)。

在創(chuàng)建圖像模板采集前，應(yīng)先完成“以太網(wǎng)”設(shè)置并將網(wǎng)口打開，因為在本任務(wù)中，筆者將視覺控制器作為服務(wù)器。

注釋：

①所謂3C就是電腦Computer、通信Communication和消費性電子Consumer Electronic。

②SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm，選擇順應(yīng)性裝配機器手臂）是一種圓柱坐標(biāo)型的特殊類型的工業(yè)機器人，最適用于平面定位。

③柔性制造是指在計算機支持下，能適應(yīng)加工對象變化的制造系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]何家恒.基于眾為興ar5215機械臂及avs1100視覺抓取應(yīng)用[J].科技視界，2017（6）：28-29.

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[3]李亞偉.基于機器視覺的工件分揀系統(tǒng)研究[D].上海：上海工程技術(shù)大學(xué)，2016.