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工业机器人视觉搬运系统通讯方法及程序设计解析

2020-09-10韦真光

内燃机与配件 2020年11期
关键词:视觉工业机器人通讯

韦真光

摘要:当前工业机器人在实际工业生产中应用越来越广泛,与之相关的技术也得到了飞速的发展,将视觉技术与机器人编程技术进行融合,让机器人拥有和人眼相似的功能,使机器人工作时更具智能化。本文介绍了一种ABB机器人视觉工作站,模拟零件搬运工作岗位,重点阐述ABB机器人系统与视觉系统之间的通讯、运用视觉软件进行零件搬运时机器人程序编程等关键技术,有利于增强机器人应用实践能力,为工业机器人技术的学员提供一些学习帮助。

关键词:工业机器人;视觉;通讯;搬运

0  引言

工业机器人在搬运作业时,如果没有视觉反馈,给机器人提供的零件必须保持精度固定的位置和方向,为此对每一特定形状的零件要用专门的振动抖式上料器供料,这样才能保證机器人准确的抓取零件。但由于零件的形状、体积、重量等原因,有时不能保证提供固定的位置和方向,或者对于多种零件、小批量的产品用不同的上料器是不经济的,这时用机器视觉系统完成零件的之别、定位和定向,引导机器人完成零件分类、取放以至装配则是一种经济有效的方法。

1  ABB机器人视觉工作站功能分析

ABB机器人通过与视觉系统进行通讯、程序的编程和调试,可以实现对储料板上零件颜色、形状和位置进行识别和定位,完成机器人搬运作业。本文工作站的主要功能和流程如下:储料板上有16个方形凹槽,相邻两个凹槽相距50mm,用于摆放16个工件。运行程序前必须保证储料板上没有工件,防止机器人发生碰撞。先将工件任意放置在平板上的黑框内,机器人发送信号触发工业相机拍照,相机拍照后定位工件位置,并将位置数据传输给机器人控制器,机器人获得工件位置后夹具运动到工件上表面,吸盘拾取工件,然后将工件摆放到储料板上,完成一个工件的码垛,总共要完成16次视觉搬运作业。

2  机器人视觉工作站硬件组成

机器人视觉搬运工作站主要由机器人本体和视觉搬运单元两大部分组成。机器人模块选用ABB公司IR120型工业机器人;机器视觉模块包括了康耐视工业相机、平板、储料板、单吸盘夹具、绿色圆形工件。

2.1 工业机器人模块

工业机器人是一种模拟人手臂、手腕和手功能的机电一体化装置,可对物体运动的位置、速度和加速度进行精确控制,从而完成某一工业生产的作业要求。当前工业中应用最多的第一代工业机器人主要由以下几个部分组成:机器人本体(操作机)、控制器和示教器。

2.2 机器视觉模块

视觉系统选用的是康耐视Insight 5000系列,包括镜头、智能相机和光源控制器三部分。系统中智能相机使用康耐视调试软件In-Sight Explorer进行视像调试,和计算机之间使用网口连接,计算机主要用于智能相机图片的处理、编程、程序下载、监控等。

3  ABB机器人与视觉系统的通讯方法

ABB机器人和视觉系统是通过TCP/IP的方式实现通讯的,ABB机器人实现TCP/IP通讯的前提是必须要有616-1 PC Interface(系统配置)选项功能,所以,当我们在真实机器人系统上想实现TCP/IP通讯要先检查下系统是否含此选项功能。TCP是因特网中的传输层协议,使用三次握手协议建立连接,过程比较复杂,实际使用中,我们可以用socket编程接口实现服务器与客户端间的通讯。网络上的两个程序通过一个双向的通讯连接实现数据的交换,这个双向链路的一端称为一个Socket。Socket通常用来实现客户方和服务方的连接。Socket是TCP/IP协议的一个十分流行的编程界面,一个Socket由一个IP地址和一个端口号唯一确定。 机器人实现此功能的过程需要以下几个步骤完成:

第一步,创建机器人系统,这里要注意把616-1 PC Interface选项加入。

第二步,新建程序模块及例行程序。通讯相关指令在Communicate指令集下就能找到。

第三步,编写程序,参考程序如图3所示。

第四步,运行例行程序,测试通讯。

4  视觉搬运机器人程序设计

根据机器人运动轨迹编写机器人程序时,首先根据控制要求绘制机器人程序流程图,然后编写机器人主程序和子程序。编写子程序前要先设计好机器人的运行轨迹及定义好机器人的程序点。

4.1 设计机器人程序流程图

根据控制功能,设计机器人程序流程图,如图1所示。

4.2 工业相机的调试

视觉搬运模块中要求使用工业相机对工件进行定位,编写机器人视觉搬运程序前,首先要对康耐视工业相机的调试,调试的方法及步骤可参照产品说明书。

4.3 机器人关键示教点和坐标系的确定

相机调试完成后,开始编写机器人程序。视觉搬运使用单吸盘拾取和放置工件,需要建立吸盘TCP,可以命名为danxipan_t;吸盘定位工件的过程要求吸盘能沿着平板的X、Y方向偏移,需要建立一个视觉工件坐标系,命名为vision_wobj。相机实时视频中左上角的点是视觉工件坐标系的原点,可以在平板上做好记号,然后示教该原点vision_p1。储料板上第一个工件的位置记录在示教点vision_p4中,如图2所示。根据机器人关键示教点和坐标系,可确定其运动所需的示教点和坐标系,见表1。

4.4 机器人搬运程序的编写

编写机器人程序前,首先要了解机器人与康耐视相机的网络通讯,机器人通过程序实现与工业相机的数据交互,主要包括ConnetToInSight()、GetVisionData()两个子程序实现。

4.4.1 相机远程连接ABB机器人的程序的编写

首先在机器人程序上新建相机远程设备ComSocket,然后输入相机的远程IP地址为“192.168.125.63”,再发送相机设备的登录账号,最后发送相机设备的登录密码。参考程序如图3。

4.4.2 机器人获取相机的数据的程序编写

首先机器人发送“sw8\0d\0a”指令给相机,触发相机拍照;然后机器人从相机设备获取视觉坐标中的X数据,最后机器人从相机设备获取视觉坐标中的Y数据。

4.4.3 多个工件的视觉搬运程序

首先新建工件坐标系vision_wobj;然后示教工件坐标系的原点vision_p1,示教完原点可以将其注释掉。将一个工件放在平板上的黑框识别区内,调试好相机后,机器人从相机中获取位置数据nXOffs和nYOffs,通过偏移指令vision_p2:=Offs(vision_p1,0.25377*nXOffs+3.763,0.26* nYOffs,0);获得工件在vision_wobj坐标系下X、Y坐标值,再通过直线运动指令使吸盘到达工件上方。在示教原点vision_p1时,要保证该点距离平板的高度大于一个工件的高度,防止工件定位时吸盘发生碰撞。对一个工件的视觉定位后,可以尝试将工件搬运到储料板上,并使用For循环实现多个工件的视觉搬运。储料板上第一个工件的位置需要示教,示教完之后需要将其注释掉。得到储料板第一个工件位置后,可以通过偏移指令计算储料板上的所有凹槽位置。

5  结束语

加了视觉的工业机器人系统较好地融合了工业机器人、智能相机、以太网通讯等先进技术,可对工业现场的生产任务灵活设计,通过调试运行有效地提高了对工业机器人控制的理解和应用。工业机器人应用专业院校在开发课程或举办技能竞赛是可根据该系统硬件设计,将机器人的搬运码垛编程作为开发重点,使机器人根据各种不同任务要求进行编程调试,为社会培养出更多高技能应用人才。

参考文献:

[1]赵臣,王刚.我国工业机器人产业发展的现状调研报告[J].机器人技术与应用,2009(4):8-13.

[2]杨杰忠,邹火军.工业机器人技术基础[M].北京:电子工业出版社,2017.

[3]杨杰忠,王振华.工业机器人操作与编程[M].北京:机械工业出版社,2017.

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