基于3D視覺的工業機器人搬運系統

章敏鳳

（安徽工程大學機電學院，安徽 蕪湖 241000）

發動機生產車間溫度高、污染嚴重，為了提高生產自動化水平、改善工人勞動環境，在車間引入工業搬運機器人，由機器人搬運順序放置在托盤上的發動機零部件到生產線上進行加工，大大節省了勞動力。

利用DELMIA軟件對系統布局進行仿真，確定機器人、托盤和生產加工線的布局，縮短系統開發周期，同時降低生產成本、促進創新。

1 系統構成

系統使用 SICK 公司的 IVC-3D 200的 3D 智能相機對于工件位置精確測量和定位該相機可以一次性提取到工件的 3維坐標數據。3D相機利用的是“高度”原理，根據物體高度值的變化來作為判別的依據；另外，3D相機采用線掃描的拍照方式，必須通過移動物體或移動3D相機才能生成一張完整的照片。

在機械手的前端安裝 SICK IVC-3D 200 相機，機械手抓取工件前先在托盤的大概放置位置上方掃描一遍，并算出工件的具體 3 維位置坐標，相機將數據通過以太網通訊方式傳送至機械手控制系統，機械手再根據該坐標數據調整機械手的相對位置，準確把工件抓取并送到生產線上。

2 系統標定流程

標定是機器人視覺引導的關鍵環節，標定精度直接影響機器人對工件的定位效果。同時，機器人視覺標定技術又是離線編程的前提[1]。由于相機和機器人的坐標系不同，必須實現對相機和機器人進行標定，相機、機器人標定流程如下：

A. 將標定板放到掃描位置，機器人移動相機，相機掃描提取特征點（選取標定板上3個特征點進行程序標定）；

B. 機器人“點觸法”示教標定板上3個特征點（3個特征點和相機選取的需保持一致），并根據3個點生成坐標系；

C. 拿開標定板，放上缸體產品（盡量擺正），相機掃描工件，軟件提取工件特征點信息（X，Y，θ）；

D. 機器人定義抓取點；

E. 標定完成；

F. 正常生成相機掃描工件后，輸出其位置偏移量（ΔX， ΔY，Δθ），通過以太網傳遞給機器人；

G. 機器人根據收到的數據調整姿態抓取工件，并送到指定位置。

3 系統工作流程

工件已每排四個，每層兩排的方式順序排放在托盤上，可能某些位置會有缺失，相機先對最上一層工件進行整體掃描，確定每層工件數目，再根據相機反饋的位置信息對單個工件進行精確掃描，機器人和相機系統工作流程圖如圖1：

3D相機工作時需要設定檢測物體的高度范圍、寬度范圍，以確定視野允許范圍，參數可通過系統自帶軟件設置。

圖1 系統工作流程

相機和機器人控制系統通過以太網連接通訊傳輸數據和信息。

確定工件的共同特征點，3D相機先對每排工件進行粗略掃描確定工件的數目，再對單個工件精確掃描，結果如圖2和圖3所示：

結語

該系統已成功應用于生產車間，系統運行可靠、穩定、精度高，大大節省了勞動力，實現了工業機器人應用的重大突破。

圖2 多個工件位置粗略位置獲取

圖3 單個工件位置精確獲取

[1] 陳立松.工業機器人視覺引導關鍵技術的研究[D].機械制造及其自動化，合肥工業大學， 2013..

[2]張為霖.型材搬運機器人視覺伺服控制研究[J].機電工程技術，Mechanical & Electrical Engineering Technology，2006（12）.

[3]王成林， 李琛，賈美慧，王琦，李曉杰，蔡宇祥.基于機器人的分揀系統設計研究[J].物流技術（裝備版） ， Logistics Technology（Equipment）， 2013（10）.