基于VisionPro 視覺的網(wǎng)紗定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬會(huì)玲，韓小港

（1.安圖實(shí)驗(yàn)儀器（鄭州）有限公司，河南鄭州 450047；2.吉林化工學(xué)院，吉林吉林 132022）

0 引言

近年來，工業(yè)用誘導(dǎo)視覺技術(shù)日益完善，只要將視覺引導(dǎo)技術(shù)和工業(yè)機(jī)器人技術(shù)結(jié)合，利用通過視覺感應(yīng)器所收集的圖形信號，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)辨識和定向，就能夠?qū)崿F(xiàn)對多目標(biāo)、不同部位的工件實(shí)現(xiàn)分類移動(dòng)，將大大提高工業(yè)生產(chǎn)效率和制造業(yè)智能化水平[1]。所以，將視覺定位與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)結(jié)合對于工業(yè)生產(chǎn)過程具有非常重大的研究意義和發(fā)展價(jià)值[2]。研究范圍涉及RobotStudio 工作站建立及程序編寫，確保機(jī)器人能夠確定抓取攝像頭保護(hù)殼模型并安裝到手機(jī)模型處，還要運(yùn)用VisionPro 軟件確保能夠識別照片x、y 坐標(biāo)并且建立兩個(gè)軟件的通信，確保坐標(biāo)的傳遞[3]。

1 實(shí)施方案

1.1 總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)工業(yè)相機(jī)視覺軟件VisionPro 識別物料坐標(biāo)信息，然后通過Socket 通信將坐標(biāo)信息傳送給RobotStudio 創(chuàng)建的裝配工作站的工業(yè)機(jī)器人，機(jī)器人根據(jù)坐標(biāo)信息分析出要抓取物料的坐標(biāo)，進(jìn)行抓取并完成裝配手機(jī)聽筒網(wǎng)紗的運(yùn)動(dòng)。

1.2 視覺定位

視覺定位系統(tǒng)采用康耐視VisionPro 視覺識別軟件對相機(jī)采集的網(wǎng)紗圖片進(jìn)行識別，并定位位置坐標(biāo)，目的是找出目標(biāo)物在工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)坐標(biāo)系上的坐標(biāo)。設(shè)計(jì)采用一系列不同方向位置的網(wǎng)紗圖片作為采集坐標(biāo)位置的實(shí)驗(yàn)樣本，通過VisionPro 中的CogImageConvertTool 工具將網(wǎng)紗圖片導(dǎo)入，需要CogImageConvert 工具將彩色圖像轉(zhuǎn)換為8 位灰度圖后才能傳遞給CogPMAlignTool1 工具進(jìn)行模型訓(xùn)練[4]。傳遞給CogPMAlignTool1 工具后通過調(diào)整初始坐標(biāo)來識別物體位置。在將圖像輸入到模板匹配工具之后，抓取一個(gè)訓(xùn)練圖像作為模板進(jìn)行訓(xùn)練。識別系統(tǒng)的建立如圖1 所示，在顯示模板匹配工具的圖像緩沖區(qū)中的Current.TrainImage 將限定框移動(dòng)至零件處并調(diào)整限定框的大小，使限定框剛好能夠包裹住圖片中照片，將限定框之內(nèi)的區(qū)域作為訓(xùn)練區(qū)域，另外將訓(xùn)練的原點(diǎn)調(diào)至限定框的中心原點(diǎn)，這樣有利于得出圖片中物體的坐標(biāo)。

圖1 識別系統(tǒng)的建立

通過訓(xùn)練識別出圖片物料的坐標(biāo)。確定好坐標(biāo)信息后，通過Socket 通信將其傳送給機(jī)器人裝配工作站，坐標(biāo)信息如圖2所示。

圖2 坐標(biāo)信息

1.3 裝配工作站仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

裝配工作站是由ABB 的RobotStudio 軟件構(gòu)建工作站并編寫程序進(jìn)行模擬，工作站主要是由ABB IRB-120 機(jī)器人、工業(yè)相機(jī)、傳送帶、手機(jī)及其攝像頭外部保護(hù)殼的模型、安全護(hù)欄、控制柜等組成，工作站的布局如圖3 所示。

圖3 工作站布局

該工作站需要通過建模菜單中的組件組、空部件和Smart組件等功能，將各部分建立成對應(yīng)的組件組，并利用空部件模擬已裝配好的鼠標(biāo)模塊，同時(shí)利用Smart 組成部分仿真機(jī)器人末端夾具運(yùn)動(dòng)以及對工件裝配模擬。在DeviceNet 現(xiàn)場總線下創(chuàng)建機(jī)器人的I/O 和Smart 組件的I/O 信號關(guān)聯(lián)，這時(shí)的Smart 組件就可看成是一種可以和機(jī)器人連接I/O 通信的仿真PLC 系統(tǒng)，利用在線開發(fā)工作站程式，就能夠完成對實(shí)際工作站環(huán)境的整體模擬[5]，工作站的邏輯屬性設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 工作站邏輯屬性設(shè)計(jì)

1.4 VisionPro 與RobotStudio 的通信

該系統(tǒng)在VisionPro 與RobotStudio 工作站之間建立通信來進(jìn)行坐標(biāo)信號的傳遞。將ABB 機(jī)器人作為客戶端，視覺軟件做為服務(wù)端，當(dāng)視覺軟件接受M 信號后，視覺軟件將識別物料的坐標(biāo)信息傳送給ABB 機(jī)器人，然后機(jī)器人再執(zhí)行后面的指令。建立視覺軟件和機(jī)器人工作站的通信，需要將機(jī)器人和視覺軟件之間的端口和IP 地址設(shè)置相同。視覺軟件需要將坐標(biāo)輸出設(shè)置為CCD0x，y/0D 的形式，需要進(jìn)入通信管理器改寫TCP/IPD的后綴，改變坐標(biāo)信息后綴如圖5 所示。其中的其中/0D 是字符停止的符號，需要點(diǎn)開VisionPro 的配置，將其中IP 在輸出后綴改成/0D，來確定輸出的是CCD0x，y/0D 的格式。將視覺軟件和RobotStudio 中工作站的端口號改為6000，然后將兩個(gè)軟件的通信地址改為本地的IP 地址。便可以將坐標(biāo)信息傳遞給機(jī)器人了。

圖5 改變坐標(biāo)信息后綴

2 實(shí)驗(yàn)

系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)采用VisionPro 軟件提取物料的坐標(biāo)位置，通過建立Socket 通信傳送到RobotStudio 搭建的裝配工作站中，通過機(jī)器人的編程、Smart 組件的設(shè)置、工作站的邏輯等最終控制機(jī)器人完成手機(jī)聽筒網(wǎng)紗的裝配。

通過Visual Studio 編程制作一個(gè)照片導(dǎo)入窗口（圖6），將圖片導(dǎo)入窗口后由VisionPro 識別，點(diǎn)擊網(wǎng)絡(luò)鏈接，將窗口內(nèi)的IP地址和端口改為與RobotStudio 工作站程序一致，IP 地址設(shè)置界面如圖7 所示，點(diǎn)擊鏈接按鈕，將坐標(biāo)信息傳給裝配工作站的機(jī)器人。機(jī)器人根據(jù)解碼程序和抓取運(yùn)動(dòng)程序，配合工作站邏輯完成手機(jī)聽筒網(wǎng)紗的裝配。

圖6 導(dǎo)入圖片窗口

圖7 設(shè)置IP 地址

3 結(jié)束語

通過VisionPro 軟件與RobotStudio 軟件相結(jié)合，分別設(shè)計(jì)識別物體坐標(biāo)系統(tǒng)，搭建以機(jī)器人為主的自動(dòng)化仿真模型，并將SolidWorks 建立的工件模型導(dǎo)入RobotStudio 來搭配機(jī)器人完成工作站，設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)和仿真調(diào)試工作邏輯與系統(tǒng)程序。把VisionPro 識別的坐標(biāo)信息通過Socket 通信傳遞給機(jī)器人。通過離線模式下編寫調(diào)試程序，在線運(yùn)行控制器程序。這種模式能夠廣泛適用于以工業(yè)機(jī)器人為主的生產(chǎn)線的仿真模擬，可以降低企業(yè)的投資風(fēng)險(xiǎn)，能夠更快速地設(shè)計(jì)出令客戶滿意的工作站實(shí)施方案。