項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)-機(jī)器人視覺(jué)對(duì)位系統(tǒng)
綜述
A070項(xiàng)目是一項(xiàng)頭戴式耳機(jī)內(nèi)部零部件組裝設(shè)備的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，該設(shè)備欲集成如下5個(gè)功能：喇叭焊線，左右耳零件組裝，打螺絲，打膠，貼不織布，其中視覺(jué)定位系統(tǒng)將用于識(shí)別流水線上來(lái)料中的左耳配件與右耳配件（左右耳配件為軸對(duì)稱）并將其坐標(biāo)信息與旋轉(zhuǎn)角度值反饋給機(jī)器人，引導(dǎo)其準(zhǔn)確穩(wěn)定的抓取流水線上的配件并將其裝配于耳機(jī)組件之上，設(shè)備整體如下圖所示：
裝配時(shí)需保證耳機(jī)配件的三個(gè)小耳朵與對(duì)應(yīng)的螺絲孔對(duì)準(zhǔn)，該裝配可允許的誤差小于±0.05mm，裝配件展示如下圖所示：
硬件簡(jiǎn)介
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EPSON C4-A901機(jī)器人
整臺(tái)設(shè)備的核心，該機(jī)器人小巧，快速，精度高.
整體質(zhì)量：29kg
工作半徑：900mm
負(fù)載（KG）：Max 4 / Rated 1
重復(fù)定位精度：±0.03mm
循環(huán)時(shí)間：0.47s
對(duì)比：
FANUC LR MATE 200iD系列：
LR MATE 200iD/7L
整體質(zhì)量：27kg
工作半徑：911mm
負(fù)載（KG）：7
重復(fù)定位精度：±0.03mm
ABB IRB140
整體質(zhì)量：98kg
工作半徑：810mm
負(fù)載（KG）：6
重復(fù)定位精度：±0.03mm
KUKA KR 6 R900 SIXX
整體質(zhì)量：52kg
工作半徑：901mm
負(fù)載（KG）：6
重復(fù)定位精度：<±0.03mm
該機(jī)器人可通過(guò)PC進(jìn)行程序的編寫(xiě)（利用EPSON RC+軟件），支持以太網(wǎng)通訊。
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相機(jī)
采用BASLER acA2500-14gm，該相機(jī)為coms相機(jī)，靶面尺寸為1/2.5 inch，分辨率為2592*1944，快門(mén)方式為rolling shutter，因此拍照時(shí)必須保證物體靜止。
選該型號(hào)相機(jī)的原因：
首先，基于BASLER現(xiàn)有型號(hào)；
其次，對(duì)精度有較高要求；
最后，同分辨率的CCD相機(jī)價(jià)格過(guò)高且global shutter的產(chǎn)品暫未開(kāi)始銷(xiāo)售。
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鏡頭
RICOH FL-CC5028-2M 焦距為50mm，最小工作距離900mm，選取如此長(zhǎng)焦距的鏡頭主要是因?yàn)椋?/span>
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工作距離需大于800mm，給機(jī)器人足夠的抓取空間
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精度要求高，需將視野做小。
如需降低工作距離，可考慮更換為35mm鏡頭，但視野需根據(jù)工況調(diào)整
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光源
樂(lè)視LTS-RN20000-W，環(huán)形白色光源，外徑200mm。選取該光源，則機(jī)器人需將手抓伸入光源進(jìn)行抓取。不是最佳選擇，主要由以下條件決定：
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被檢測(cè)物的主要特征均為圓形臺(tái)階，低角度環(huán)形光效果更好
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機(jī)器人抓取需要一定的動(dòng)作空間。
由于機(jī)器人需進(jìn)入環(huán)形光源的中間進(jìn)行抓取，因此機(jī)器人端需對(duì)抓取范圍進(jìn)行限制，當(dāng)目標(biāo)坐標(biāo)出現(xiàn)超出范圍的情況時(shí)（此時(shí)機(jī)器人進(jìn)行抓取時(shí)，會(huì)碰撞光源），機(jī)器人需停止動(dòng)作并報(bào)警。
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抓手
由于該機(jī)器人需要進(jìn)行5個(gè)工位的動(dòng)作，且需要抓取焊槍，膠槍，電批這些工具，因此機(jī)器人末端必須采用抓手的形式。為了能夠穩(wěn)定的抓取裝配件，抓手最末端按照裝配件的尺寸銑成圓弧形。
軟件簡(jiǎn)介
軟件方面主要是指視覺(jué)定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)是基于windows操作系統(tǒng)運(yùn)行的一款自主研發(fā)設(shè)計(jì)的視覺(jué)圖像處理軟件.具備如下功能：
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相機(jī)操作
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配合機(jī)器人完成坐標(biāo)標(biāo)定
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圖像提取并處理，可根據(jù)圖像質(zhì)量調(diào)整圖像處理參數(shù)
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計(jì)算目標(biāo)在機(jī)器人坐標(biāo)系下的坐標(biāo)與角度
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通過(guò)TCP/IP協(xié)議，將坐標(biāo)信息發(fā)送至機(jī)器人接收端
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保存并記憶操作參數(shù)與圖像模板
現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施流程
1、接線
該項(xiàng)目接線工作較少，大多為成品電纜線，直接插入插座即可，只需連接簡(jiǎn)單的幾條通訊線即可：
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相機(jī)觸發(fā)信號(hào)線
相機(jī)觸發(fā)信號(hào)電壓為0V~24V，可根據(jù)需求調(diào)整為上升沿觸發(fā)或下降沿觸發(fā)，電壓范圍定義如下：
2、捕捉圖像測(cè)試
首先，打開(kāi)相機(jī)廠家提供的相機(jī)操作軟件進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)給出滿足電壓條件的IO信號(hào)后，相機(jī)是否正常拍照。
然后，打開(kāi)視覺(jué)定位軟件，在次測(cè)試圖像捕獲功能是否正常。
調(diào)整光源亮度，是目標(biāo)圖像清晰，特征明確。
3、通訊測(cè)試
測(cè)試與機(jī)器人的通訊是否正常，軟件采用模擬方式進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，觀察機(jī)器人端接收是否正常，如果不正常可采用通訊調(diào)試助手類軟件進(jìn)行輔助測(cè)試，確認(rèn)問(wèn)題點(diǎn)。
4、坐標(biāo)標(biāo)定
完成坐標(biāo)標(biāo)定，需要機(jī)器人端進(jìn)行配合，需注意以下幾點(diǎn)：
I 必須在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)的坐標(biāo)系下進(jìn)行標(biāo)定（一般為工具坐標(biāo)系）
II 如果機(jī)器人末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)為吸嘴，可直接對(duì)其進(jìn)行對(duì)點(diǎn)標(biāo)定，但如果末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)為抓手，則需通過(guò)抓手抓取一個(gè)末端為圓柱型的物體進(jìn)行標(biāo)定對(duì)點(diǎn)。為抓手時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：
（1）抓取的輔助標(biāo)定物盡量與實(shí)際工件高度相同
（2）抓取須牢靠，被抓位置盡量與工件被抓處形狀，尺寸相同。
（3）工具坐標(biāo)系的建立需以抓取輔助標(biāo)定物為基準(zhǔn)
III 完成標(biāo)定后，可利用軟件中的“驗(yàn)證標(biāo)定參數(shù)”進(jìn)行反算驗(yàn)證，如下圖：
5、圖像設(shè)置
主要根據(jù)目標(biāo)特征進(jìn)行設(shè)置，一般該項(xiàng)功能的程序部分是在現(xiàn)場(chǎng)修改的頻率最高，因?yàn)樗枰鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)情況進(jìn)行策略的調(diào)整，如：
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左右耳治具對(duì)稱放置，需添加角度補(bǔ)償
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圖像中可能會(huì)出現(xiàn)其他另一工件的某一部分，需加入限制，避免干擾與誤判
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將測(cè)試版本中的一些設(shè)置進(jìn)行簡(jiǎn)化
下圖分別為調(diào)整前與調(diào)整后的界面以及特征選取區(qū)域：
6、機(jī)器人聯(lián)調(diào)
完成以上設(shè)置與測(cè)試后，視覺(jué)部分的基礎(chǔ)工作已經(jīng)完成，但這并不代表機(jī)器人端就能夠準(zhǔn)確的抓取目標(biāo)物體。抓取結(jié)果還將受到機(jī)器人工具坐標(biāo)系以及抓手的仿形程度的影響。
項(xiàng)目問(wèn)題
1、工具坐標(biāo)系校正不準(zhǔn)確
現(xiàn)象：在工具坐標(biāo)系下旋轉(zhuǎn)Z軸，出現(xiàn)抓手末端偏心旋轉(zhuǎn)
原因：缺少與目標(biāo)工件仿形的頂尖對(duì)準(zhǔn)工具
解決方法：更換校正工具
2、標(biāo)定不準(zhǔn)確
現(xiàn)象：坐標(biāo)驗(yàn)證時(shí)發(fā)現(xiàn)反算結(jié)果有偏差
原因：對(duì)準(zhǔn)標(biāo)定紙的圓形時(shí)，不易對(duì)準(zhǔn)，出現(xiàn)偏差。
解決方法：可考慮將以后的標(biāo)定圖形更換為如下：
抓手抓取頂尖進(jìn)行對(duì)點(diǎn)標(biāo)定即可。
3、抓取不準(zhǔn)
當(dāng)出現(xiàn)抓取不準(zhǔn)確時(shí)，成因較多，但是大致可以考慮以下兩個(gè)方向：
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抓取時(shí)工件出現(xiàn)竄動(dòng)
該現(xiàn)象直接導(dǎo)致，抓取后的工件坐標(biāo)以及角度與拍照時(shí)的狀態(tài)發(fā)生了變化，這直接導(dǎo)致裝配不準(zhǔn)確。
產(chǎn)生原因：
（1）抓手仿形不準(zhǔn)確
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