基于3D视觉的工业机器人搬运系统

章敏凤

（安徽工程大学机电学院，安徽 芜湖 241000）

发动机生产车间温度高、污染严重，为了提高生产自动化水平、改善工人劳动环境，在车间引入工业搬运机器人，由机器人搬运顺序放置在托盘上的发动机零部件到生产线上进行加工，大大节省了劳动力。

利用DELMIA软件对系统布局进行仿真，确定机器人、托盘和生产加工线的布局，缩短系统开发周期，同时降低生产成本、促进创新。

1 系统构成

系统使用 SICK 公司的 IVC-3D 200的 3D 智能相机对于工件位置精确测量和定位该相机可以一次性提取到工件的 3维坐标数据。3D相机利用的是“高度”原理，根据物体高度值的变化来作为判别的依据；另外，3D相机采用线扫描的拍照方式，必须通过移动物体或移动3D相机才能生成一张完整的照片。

在机械手的前端安装 SICK IVC-3D 200 相机，机械手抓取工件前先在托盘的大概放置位置上方扫描一遍，并算出工件的具体 3 维位置坐标，相机将数据通过以太网通讯方式传送至机械手控制系统，机械手再根据该坐标数据调整机械手的相对位置，准确把工件抓取并送到生产线上。

2 系统标定流程

标定是机器人视觉引导的关键环节，标定精度直接影响机器人对工件的定位效果。同时，机器人视觉标定技术又是离线编程的前提[1]。由于相机和机器人的坐标系不同，必须实现对相机和机器人进行标定，相机、机器人标定流程如下：

A. 将标定板放到扫描位置，机器人移动相机，相机扫描提取特征点（选取标定板上3个特征点进行程序标定）；

B. 机器人“点触法”示教标定板上3个特征点（3个特征点和相机选取的需保持一致），并根据3个点生成坐标系；

C. 拿开标定板，放上缸体产品（尽量摆正），相机扫描工件，软件提取工件特征点信息（X，Y，θ）；

D. 机器人定义抓取点；

E. 标定完成；

F. 正常生成相机扫描工件后，输出其位置偏移量（ΔX， ΔY，Δθ），通过以太网传递给机器人；

G. 机器人根据收到的数据调整姿态抓取工件，并送到指定位置。

3 系统工作流程

工件已每排四个，每层两排的方式顺序排放在托盘上，可能某些位置会有缺失，相机先对最上一层工件进行整体扫描，确定每层工件数目，再根据相机反馈的位置信息对单个工件进行精确扫描，机器人和相机系统工作流程图如图1：

3D相机工作时需要设定检测物体的高度范围、宽度范围，以确定视野允许范围，参数可通过系统自带软件设置。

图1 系统工作流程

相机和机器人控制系统通过以太网连接通讯传输数据和信息。

确定工件的共同特征点，3D相机先对每排工件进行粗略扫描确定工件的数目，再对单个工件精确扫描，结果如图2和图3所示：

结语

该系统已成功应用于生产车间，系统运行可靠、稳定、精度高，大大节省了劳动力，实现了工业机器人应用的重大突破。

图2 多个工件位置粗略位置获取

图3 单个工件位置精确获取

[1] 陈立松.工业机器人视觉引导关键技术的研究[D].机械制造及其自动化，合肥工业大学， 2013..

[2]张为霖.型材搬运机器人视觉伺服控制研究[J].机电工程技术，Mechanical & Electrical Engineering Technology，2006（12）.

[3]王成林， 李琛，贾美慧，王琦，李晓杰，蔡宇祥.基于机器人的分拣系统设计研究[J].物流技术（装备版） ， Logistics Technology（Equipment）， 2013（10）.