宋博仕 傅繼軍 馬偉俊

摘? 要：工業(yè)機器人在智能制造中有著廣泛的應(yīng)用，其中視覺技術(shù)極大的擴展了工業(yè)機器人的靈活性，提高了生產(chǎn)效率。文中基于ABB工業(yè)垂直串聯(lián)六關(guān)節(jié)機器人、工業(yè)相機以及PLC的硬件基礎(chǔ)，介紹工業(yè)機器人的基本組成、視覺系統(tǒng)工作原理及系統(tǒng)各單元的通信方式，針對工業(yè)機器人模擬加工汽車輪轂的程序進行設(shè)計，結(jié)果表明，工業(yè)機器人與視覺系統(tǒng)的協(xié)作使用在加工制造中更具靈活性。本文為工業(yè)機器人與視覺系統(tǒng)的集成設(shè)計提供一種有效的思路和方法，具有一定的教學和工程應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人? 機器視覺? 系統(tǒng)集成? 垂直串聯(lián)六關(guān)節(jié)

中圖分類號：TP242.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）08（c）-0039-03

Abstract： Industrial robots have a wide range of applications in intelligent manufacturing. Among them， vision technology greatly expands the flexibility of industrial robots and improves production efficiency. Based on the hardware foundation of ABB industrial vertical six-joint robot， industrial camera and PLC， the article introduces the basic composition of the industrial robot， the working principle of the visual system and the communication method of each unit of the system. The program of simulating machining automobile wheel hub by industrial robot is designed. It shows that the collaborative use of industrial robots and vision systems is more flexible in manufacturing. This paper industry provides an effective idea and method for the integrated design of robot and vision system， which has certain teaching and engineering application value.

Key Words： Industrial robot; Machine vision; System integration; Vertical series six joints

隨著經(jīng)濟全球化浪浪潮及中國制造業(yè)的快速發(fā)展，勞動力成本越來越高，我國勞動密集型產(chǎn)業(yè)面臨轉(zhuǎn)型升級的挑戰(zhàn)，通過工業(yè)機器人的廣泛應(yīng)用，可有效降低企業(yè)生產(chǎn)成本，增加企業(yè)競爭力[1]。工業(yè)機器人具有工作效率高、穩(wěn)定可靠、重復精度高、可適應(yīng)不同惡劣環(huán)境等優(yōu)點[2]。但早期的檢測技術(shù)日益無法滿足工業(yè)需求，通過工業(yè)相機與工業(yè)機器人協(xié)同作業(yè)，模擬人眼視覺功能，依據(jù)視覺結(jié)果控制機器人為生產(chǎn)制造帶來無限可能[3]。本文中利用機器視覺系統(tǒng)與工業(yè)機器人協(xié)同作業(yè)[4-6]，對汽車輪轂進行模擬加工，規(guī)劃加工路徑，工業(yè)機器人完成工件的取料、搬運，機器人根據(jù)視覺系統(tǒng)的識別結(jié)果，選擇不同的工藝流程。

1? 系統(tǒng)的組成和工作原理

工業(yè)機器人系統(tǒng)由工業(yè)機器人、視覺單元、倉儲單元、數(shù)控單元、打磨單元、分揀單元組成。其中工業(yè)機器人采用瑞士ABB公司IRB120型機器人，該機器人有6個自由度，每個關(guān)節(jié)采用交流伺服電機驅(qū)動，負載質(zhì)量3kg，重復定位精度0.01mm，機器人底座固定在可移動基座上，通過PLC控制外部軸移動機器人底座到達不同位置，增加機器人的作業(yè)空間。

視覺單元由omorn公司CCD相機、歐姆龍FH-L550處理器、環(huán)形光源組成，其中鏡頭采用日本 COMPUTAR公司的 M0814-MP2型號的定焦鏡頭，焦距8mm，最大成像尺寸8.8mm×6.6mm;光源采用CCS公司的LED環(huán)形光源，具有響應(yīng)時間快，可獲得高品質(zhì)、高對比度圖像等優(yōu)點。

根據(jù)工藝要求，工業(yè)機器人、視覺系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)協(xié)同作業(yè)對汽車輪轂進行模擬加工，視覺單元對6自由度工業(yè)機器人抓取的汽車輪轂特征進行識別，并且把被識別的物體的顏色，二維碼等特征信息通過工業(yè)以太網(wǎng)傳送至工業(yè)機器人控制器，機器人根據(jù)判別結(jié)果選擇執(zhí)行對應(yīng)的工藝流程，實現(xiàn)取夾具、取工件、視覺檢測、打磨、數(shù)控加工、分揀、放夾具、放工件作業(yè)。

2? 視覺系統(tǒng)工作原理

視覺系統(tǒng)是一種非接觸式光學傳感系統(tǒng)，如圖1所示，工業(yè)機器人搬運工件到了環(huán)形led光源上方，機器人通過程序觸發(fā)相機拍照采集圖像，相機控制器將采集的圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像對其處理[4]，在圖2中，電子標簽區(qū)域1中識別二維碼、在視覺檢測區(qū)域1和2中識別顏色，最后通過以太網(wǎng)將判別結(jié)果發(fā)送至工業(yè)機人控制單元。根據(jù)零件顏色標簽及二維碼標簽，在相機控制器同一場景組下配置兩種不同場景分別檢測顏色和二維碼，輸出檢測結(jié)果，機器人與視覺系統(tǒng)通信獲取識別結(jié)果。

3? 機器人程序設(shè)計

（1）系統(tǒng)通信。

ABB機器人與相機控制器是基于無協(xié)議socket通信，Socket協(xié)議位于TCP/IP傳輸層之上，信息主要由5部分組成：協(xié)議、本地IP地址、本地端口號、遠程IP地址、遠程IP端口號[5]。其中以相機控制器為服務(wù)器，ABB機器人為客戶端，通訊流程如圖3所示。

ABB機器人控制器外部擴展IO模塊、打磨單元、分揀單元、倉儲單元以及CNC單元的擴展IO模塊是基于西門子S-1200PLC分布式控制，PLC通過以太網(wǎng)與各模塊I/O設(shè)備通信進行數(shù)據(jù)交換，監(jiān)控各模塊運行狀態(tài)，實現(xiàn)本地分布式運行。

（2）空間軌跡規(guī)劃。

模擬輪轂加工工藝步驟如下，依據(jù)工業(yè)機器人系統(tǒng)位置關(guān)系如圖4所示，可將機器人作業(yè)任務(wù)分解為機器人作業(yè)初始化，取夾具、從倉儲單元取工件、視覺檢測、打磨作業(yè)、數(shù)控加工等獨立的動作，并將最終加工完的零件送至分揀單元或倉儲單元。

ABB機器人程序采用模塊化設(shè)計，根據(jù)作業(yè)任務(wù)集中管理，將程序分為幾個模塊（見表1）。

4? 結(jié)語

本文模擬汽車輪轂工件進行加工，基于機器視覺軟件和ABB Rotbotstudio軟件進行視覺系統(tǒng)配置與工業(yè)機器人編程，介紹基于機器視覺的工業(yè)機器人系統(tǒng)的組成，分析各單元完成的功能，機器視覺的工作原理、系統(tǒng)通信方式，最終對加工程序進行整體規(guī)劃，并控制機器人完成取料、視覺檢測，實現(xiàn)汽車輪轂的精加工，滿足教學和工業(yè)生產(chǎn)需求，對工業(yè)機器人與視覺單元的集成有重要的參考意義，但對生產(chǎn)線上移動工件的視覺技術(shù)與工業(yè)機器人協(xié)同作業(yè)未進行試驗，在后續(xù)工作中會進一步展開。

參考文獻

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