視覺抓件激光測距傳感器測量反饋數(shù)據(jù)量化在汽車生產(chǎn)線上的應(yīng)用

余樂，孫大為，談洋，孫源，魏其新，馬祥，楊剛

（上汽通用汽車有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430200）

1 視覺抓件激光測距傳感器常規(guī)應(yīng)用方案

汽車目前在整車廠，機(jī)器人視覺引導(dǎo)抓件從自動抓取料箱中抓取零件，工藝過程可以大致分為4 個步驟。

（1）機(jī)器人到固定的測距點位（如圖1）。

（2）機(jī)器人利用測距傳感器探測零件與抓手的距離，逐步緩慢移動到零件與抓手的距離為設(shè)定的恒定距離（機(jī)器人實時獲取測距傳感器數(shù)值，等待測距數(shù)值反饋與初始設(shè)置一致時，停止運(yùn)動）（如圖2）。

圖1 測距點

圖2 測距點（緩慢向圖三移動）

（3）利用視覺相機(jī)拍照，計算出零件在料架中的準(zhǔn)確位置（如圖3）。

（4）機(jī)器人從視覺系統(tǒng)獲取零件位置，自動抓取零件。然后進(jìn)行后續(xù)工藝（如圖4）。

圖3 拍照位（機(jī)器人拍照，識別零件6 個自由度偏轉(zhuǎn)）

圖4 抓件位

其中測距環(huán)節(jié)有以下幾個問題：

（1）由于要求達(dá)到恒定反饋值時機(jī)器人能夠立即停止，故機(jī)器人需緩慢運(yùn)動，機(jī)器人運(yùn)動速度不得超過100mm/s，否則，由于慣性造成停止位置距零件距離不穩(wěn)定，或由于測距值反饋刷新過慢，造成停止位距離零件過近。

（2）抓取料箱中第1 片零件與最后1 片零件，CT 差異較大，如側(cè)圍外板單個料架12 片零件，第一片和最后一片間隔1485mm，抓取最后一片時較第一片CT 增加15S。

（3）由于零件表面或零件在料架中擺放姿態(tài)問題，造成測距傳感器未能正面檢測零件，或穿透檢測面，出現(xiàn)運(yùn)動過程中檢測數(shù)據(jù)丟失，機(jī)器人運(yùn)動時，測距傳感器無法達(dá)到設(shè)定值，出現(xiàn)機(jī)器人抓手無法停止，造成碰撞零件問題。

（4）停止時，受限于機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)傳輸速度和掃描周期、網(wǎng)絡(luò)擁堵和刷新延時，機(jī)器人停止位與預(yù)期停止位有偏差。

2 激光測距傳感器反饋數(shù)據(jù)量化計算方法

通過對SICK DT50 激光測距傳感器數(shù)據(jù)編譯，確認(rèn)激光光電的模擬量反饋信號的數(shù)值與距離成正比。通過對單個測距傳感器數(shù)據(jù)測量得出以下數(shù)據(jù)及函數(shù)關(guān)系。設(shè)激光反饋數(shù)據(jù)為S，測距傳感器距離板材距離為L，斜率為k。則可得以下公式，S=L·k+S1

經(jīng)過三組數(shù)據(jù)測量可推導(dǎo)出以下結(jié)果：

注：不同測距傳感器的k 值略有差異。

圖5

3 視覺抓件激光測距傳感器常規(guī)應(yīng)用方案

改進(jìn)測距傳感器用法后，工藝過程可大致分為以下4 個步驟：（1）機(jī)器人到固定的測距點位。（2）利用抓手測距傳感器探測計算出當(dāng)前需抓取的零件距抓手距離；移動軌跡，將視覺引導(dǎo)抓手送到拍照位（拍照位與抓取零件距離為恒定設(shè)定值）。（3）利用視覺相機(jī)拍照，計算出零件在料架中的準(zhǔn)確位置。（4）機(jī)器人從視覺系統(tǒng)獲取零件位置，自動抓取零件。通過雙激光測距傳感器數(shù)據(jù)對比互鎖，保證激光測距數(shù)據(jù)測量的有效性。可以有效節(jié)省自動視覺引導(dǎo)抓件Cycle Time（節(jié)省8-15S），保障設(shè)備穩(wěn)定和安全。

4 激光測距系統(tǒng)在FANUC 機(jī)器人程序中的使用方法

測距傳感器為線性傳感器。

圖6

對于初始的新的傳感器進(jìn)行安裝，需要卷尺進(jìn)行測量拍照位距離零件距離為0.5m（標(biāo)準(zhǔn)要求）（x3，y3），程序中無偏移時拍照點的點位信息（x2，y2），進(jìn)行推測測距點的位置信息（x1，y1）。

注意：測距傳感器的位置最好射到同一個平面上的同一個位置，避免誤差較大，而導(dǎo)致拍照位的偏差，繼而會導(dǎo)致零件相對相機(jī)的位置的變化，進(jìn)而導(dǎo)致了特征點在機(jī)器人Base 坐標(biāo)系的數(shù)值發(fā)生了變化。

5 結(jié)語

通過對激光測距傳感器數(shù)據(jù)編譯，可以實現(xiàn)現(xiàn)場更穩(wěn)定的視覺自動抓取工藝的進(jìn)行，提高設(shè)備Cycle Time，保證設(shè)備的穩(wěn)定和安全。