武昌工學(xué)院 李 皓

本文根據(jù)應(yīng)用型本科高校對機(jī)器視覺和機(jī)器人技術(shù)融合的實踐教學(xué)需求設(shè)計了分揀實訓(xùn)平臺的視覺控制系統(tǒng)。對視覺控制系統(tǒng)的總體方案、硬件選型、電路連接進(jìn)行了闡述。

1 設(shè)計背景

以工業(yè)機(jī)器人、機(jī)器視覺為核心的智能制造已經(jīng)成為推動我們制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要手段。我校將原有的機(jī)器人分揀教學(xué)實訓(xùn)平臺增加視覺單元，設(shè)計相應(yīng)的視覺控制系統(tǒng)來融入機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)行實踐教學(xué)來滿足社會需求。原有的分揀教學(xué)實訓(xùn)平臺分揀精度低、柔性化程度不高，增加視覺單元后能將圖像轉(zhuǎn)化為分揀產(chǎn)品種類和坐標(biāo)值，并將這些信息直接或間接傳遞給機(jī)器人，以實現(xiàn)機(jī)器人的自動抓取。提高了分揀系統(tǒng)的智能程度以及分揀的效率。

2 視覺控制系統(tǒng)總體方案（見圖1）

兼顧已有的設(shè)備通訊接口和盡量采用主流的通訊協(xié)議，視覺控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計為：智能相機(jī)與視覺控制系統(tǒng)PLC之間通訊采用modbus協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，視覺控制系統(tǒng)PLC與主控PLC之間通訊采用modbus協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，視覺控制系統(tǒng)PLC外接一個觸發(fā)拍照用的光電傳感器，分揀的物品定為U盤。

3 視覺單元的主要硬件選型

視覺單元的硬件主要有智能相機(jī)、光學(xué)鏡頭、光源、光源控制器、PLC。

（1）工業(yè)智能相機(jī)：工業(yè)智能相機(jī)與光學(xué)鏡頭配合，共同組成圖像獲取單元，完成對圖像序列獲取工作。以相機(jī)的感光芯片主要有CCD和CMOS兩種，CMOS的靈敏度分辨率低于CCD。本設(shè)計選擇信捷電氣公司生產(chǎn)的SV4-30ML型相機(jī)，這款智能相機(jī)感光芯片為CCD，分辨率、清晰度、傳輸速度性能滿足設(shè)計要求。

（2）光學(xué)鏡頭：鏡頭最主要的功能可以實現(xiàn)光束的轉(zhuǎn)換調(diào)制，考慮到通用性，選擇了常用低畸變鏡頭。

（3）光源：LED燈具有功耗較小、響應(yīng)速度快，因此將LED燈作為照明光源。U盤的定位和識別，主要是提取工件的邊緣特征，采用背光源會形成較明顯的邊緣陰影。故選擇背光源為光源的照明方案。

（4）光源控制器：光源控制器控制光源的亮度及照明狀態(tài)（亮滅），這里我們只需要對光源進(jìn)行數(shù)字量的控制，選擇型號為SIC-242-TAB72的數(shù)字式光源控制器。

（5）視覺控制系統(tǒng)PLC：PLC采用SIMATIC S7-1200，它能實現(xiàn)簡單卻高度精確的自動化任務(wù)，性價比高。

4 視覺單元控制系統(tǒng)電路連接

智能相機(jī)從外部接受到觸發(fā)工作信號時，會通過光源控制器和PLC的連接來實現(xiàn)視覺單元進(jìn)行工作，光源控制的IO端子與PLC的IO端子進(jìn)行關(guān)聯(lián)實現(xiàn)，PLC外接傳感器或按鈕，通過程序可實現(xiàn)PLC對光源控制器的數(shù)字量控制，實現(xiàn)PLC對智能相機(jī)拍照的觸發(fā)，光源的亮度和開關(guān)的控制。PLC輸入端接入的拍照位傳感器，這里我們采用市面常用的歐姆龍NPN型光電傳感器，來實現(xiàn)相機(jī)的自動觸發(fā)。如圖2所示。

圖1 視覺控制系統(tǒng)總體方案圖

圖2 視覺單元控制系統(tǒng)電路連接圖

總結(jié)：在原有的機(jī)器人分揀實訓(xùn)平臺上增加了視覺單元，設(shè)計了一種分揀教學(xué)實訓(xùn)平臺視覺控制系統(tǒng)，將機(jī)器視覺和機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行了融合，滿足了這方面實踐教學(xué)的需求。