摘要：近年来我国综合国力的不断增强，工业的迅猛发展，涌现出大量的工业企业。随着中国制造2025强国战略的实施与“工业4.0”的推进，我国在汽车、机械、冶金、电子、物流等多行业采用人工分拣的作业模式正逐步转向于高效、安全的工业机器人集成系统代替，而普通的搬运工业机器人都是预先设定好摆放点和抓取点，一般都采用示教的方法运行，这种作业模式不能对生产线的情况、环境进行实时定位、分析、识别、跟踪分析判断，不能识别工件尺寸、工件是否合格，不能够对工件进行分拣类，而只是被动的执行程序。而视觉技术使机器人像人一样拥有眼睛，拥有自主判断能力，通过理解环境和视觉观察，具有自主适应环境的能力，使得工业机器人的工作质量与灵活性得到提高。本文就工业机器人视觉搬运系统通讯方法及程序设计展开探讨。
关键词：工业机器人;视觉;通讯;搬运
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，这样才能保证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。
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1视觉工业机器人搬运系统的机械结构
视觉工业机器人搬运系统机械部件主要有三项，包括垂直六自由度机器人本体(含视觉系统工装及夹具)、工件库盘和旋转目标盘。工件库盘固定于机器人本体右侧，盘中心距离机器人中心300mm，该固定位置可调，仅需调整机器人的局部用户程序即可;旋转目标盘固定于机器人本体左侧，盘中心距离机器人本体中心位置300mm。正常运行情况下，旋转目标盘启动旋转(目前，在要求装配准确率达到100%的前提下，最高转速可达450°/s)，机器人首先将没有标号的方形工件由工作库盘搬运并装配至旋转目标盘中心的方形库位;下一步，机器人末端移动至工件库盘上方，固定于机器人末端的视觉检测系统识别出库盘内当前库位中工件的编号，然后由机器人将工件搬运并装配至高速旋转的目标盘，目标盘的圆形库位具有编号，要求装配后的工件编号与库位编号一致。该视觉工业机器人工作站具备的视觉识别以及机器人装配是先进生产装备的重要环节。
2系统工作流程
用摄像机对工件进行拍摄，对其照片进行图像采集和预处理，提取工件的特征参数，完成对工件的初始定位。利用Mo-tocom32通讯软件将生成的JOB文件传到MOTO-MANXRC控制柜中，由控制柜启动机器人拾取工件，拾取工件完成后利用摄像机对其拍照，将拍摄照片中的实际拾取位置和之前编辑储存的指定拾取位置对比，计算出拾取位置偏差值，将其偏差值换算成机器人系统中吸盘端点P的坐标(px，py，pz)和方向矢量n、o、a的差值，将位置偏差通过Mo-tocom32软件传入控制柜，进而修改预先编辑好的目标位置，控制机器人将工件精确地放置在合适的位置。
3视觉搬运机器人程序设计
3.1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。
3.2控制设计要求
上电之前工作站应处于以下状态：物料传送系统上无物料、机器人手爪松开、机器人在初始位置、相机光源开启、挡块收回。设备检查完毕后，按下启动按钮，系统开始运行，并且亮起绿色的指示灯，上料系统把物料放置于物料传送带起始处，1号光电传感器检测到有物料，启动物料传送带电机，物料传送带将物料传送至搬运起始处时，被挡块挡住同时2号传感器检测到有物料，传送带电机停止，视觉相机识别物流位置、坐标等信息，然后经过软件算法将信息归类，机器人将视觉相机传来的信息将物料搬运规定的托盘，搬运完成，挡块电磁线圈得电缩回，并启动传送带，进行下一个物料的搬运。
3.3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1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。
3.4对拾取位置偏差的解决方法
预先编译好工件的指定拾取位置x1，y1，z1，如图2所示，当机器人拾取工件并移动到程序点4时，对拾取工件进行拍照，然后对其照片进行图像处理，提取特征参数，计算出实际拾取位置x2，y2，z2，得出拾取位置偏差为cx=x2-x1，cy=y2-y1，cz=z2-z1，当机器人按照预先设定的程序指令移动到设定目标位置附近点7时，此时机器人手部端点P的位置坐标为(px，py，pz)，在此基础上与得到的拾取偏差值相加，即得到考虑拾取偏差值在内的正确目标位置(mx，my，mz)，即mx=px+cx，my=py+cy，mz=pz+cz。同理，预先编译好机器人手部端点P的三个方向矢量是n1，o1，a1，计算出实际拾取时端点P的方向矢量为n2，o2，a2，得出端点P方向矢量偏差为d0=n2-n1，e0=o2-o1，f0=a2-a1，此时机器人手部端点P的方向矢量为n，o，a，在此基础上与得到的P点矢量偏差相加，即得出考虑拾取偏差值在内的正确目标矢量d，e，f，即d=n+d0，e=o+e0，f=a+f0，将得出的正确目标位置和姿态代入等式，即得出描述机器人吸盘位姿的正确目标矩阵T'。最后，机器人通过重新规划好的搬运轨迹放置工件。
结语
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。——论文作者：刘伟
