基于视觉的工业机器人装配生产线的研究

许爱芳

摘要：伴随着我国科技水平的不断提高，在当前工业生产中融入了工业机器人搭建装配生产线，不仅具备较高的精准度，还有助于降低人工装配的压力，全面的提高当前的劳动效率，。了使工业机器人装配生产线运用效果能够得到全面的提高，在系统优化方面要从视觉的角度，确定整体的检测识别单元优化装配流水线单元。本文论述了基于视觉的工业机器人装配生产线。

关键词：视觉;工业机器人;转配生产线

一、工业机器人装配生产线的设计

（一）总体设计

在进行工业机器人装配生产线设计时，要从宏观性的角度协调不同的系统，以此来使生产线能够具备较强的通畅性，为后续的使用奠定坚实的基础。根据机器人无人装配的需求结合机器人装配技术设置与之对应的装配生产线，包含了不同关节的工业机器人装配单元和视觉检测识别单元，优化整体的单元传输模式，以此来提高整体的控制效果。在工业机器人装配生产线设置时，要按照之前所设定的程序取出托盘之后再放入到上部的输送线中，根据小车自动运行的流水线来进行各个设备之间的相互对接，再完成自动化的对接，之后，上部输送线的托盘将被运送到流水线中之后，再返回到立体仓库的末端，继续将托盘放入到流水线中循环，直到所有托盘都已经完成运输。在流水线运用时，要根据相机来识别托盘中的工件，如果托盘中工件为乱序摆放，则需要3D视觉系统进行检测识别。视觉系统将工件的位置、尺寸等相关信息反馈给PLC，PLC根据反馈的信息给机器人发出相应的指令，机器人收到指令后开始相应的动作，以完成装配工作，在通过PLC技术操控机器人放完置零部件之后，需要将空托盘放置在系统中之后，再装配流水线上放上整体的配件装置，完成成品库的优化。在完成这一操作之后，所有的装配和不成套配件要完成各自的摆放任务，结束整体的操作流程，不断的提高整体的设计效果。

（二）生产线的功能单元设计

首先要进行的是立体库的设计，在不同方向上要满足正反向运动的要求，之后再从立体仓库中取下相对应的装置，放入到托盘中手动放置托盘，也可以将码垛机上部输送线的托盘放入到内部系统中，以此来完善整体的工作模式。在立体仓库设置方面需要确定X轴和Y轴的运动距离，将此控制在合理的范围之中，避免对后续的运行造成一定的影响。另外还需要使其中没有任何的脱落现象，合理的搭配相对应的装配零部件，不断的完善当前的工作方案。

其次要进行的是小车的设计，立体仓库和流水線之间要设置辅助的磁导条，上部输送线和工件流水线的码垛机，要实现正常的对接之后再融入显示屏和触摸屏等不同的零部件，利用传感器来检测磁导条的运行状态之后再完成采样点的输出。沿着地面铺设磁场进行行驶之后再根据信号可设定的减速位置，和停车位置来进行日常的安装，在执行运输业务时，要由PLC系统进行科学的控制，简化整体的工作流程。小车自动巡视系统为重要组成部分，主要是为了使小车可以更加稳定而准确的运行利用磁导航传感器的各个感应点来判断其中的小车转向方向，使整体流程能够具备较强的通畅性。通过左右两轮的差速控制小车偏转方向的纠正时，磁导航传感器中间部位的检测点趋近于磁条的正上方之后，再完成小车的循迹。在系统设置方面要将视觉检测单元融入其中，相机中的工件尺寸和物理尺寸要保持一致之后，再通过手动放置的方式将零部件放置在指定的区域中，在软件上要得到有关软件和角度的相关信息。自动流水线主要是对配件托盘进行运输，通过合理的装配做好科学的布局，使整体流程能够具备较强的通畅性。在工业机器人选择方面可以设置末端执行器，利用激光笔正确的调整工件流水线和装配流水线的位置之后，再通过机器人视角的方式将工件放入到装配流水线的装配工件的指定位置，完成托盘，放入空托盘的收集动作。各个机器人要正常的运行，不要出现卡顿和碰撞的问题，自由度可以设置在6左右，并且还需要根据整体的生产特点，确定与之对应的活动范围，从而使运动通畅性能够得到全面的提升。

（三）生产线仿真设计

在生产线仿真设计时，要将托盘放入到上部的运输线路中之后，再放置到下一阶段的工件流水线，在完成托盘运输之后要自动的返回到立体仓库的末端，继续将托盘放置其中，循环到所有托盘造成运输就可以停止操作了，在流水线中使用相机用于识别托盘中的工件之后再根据相机识别的效果调控，机器人的抓取位置放置在合适的位置中之后，在装配流水线上对整个减速器进行配置，完成装配之后要将成品放在成品库，不断的优化当前的工作模式。在训练中也可以融入仿真系统操控整体的运行模式，及时的发现在流水线中所存在的异常情况。在软件中要配合着草图绘制和特征编辑等命令创建与之对应的三维模型图，和系统模块进行相互的匹配以此来优化整体的布局。在后续设计时要先确定工业机器人底座的位置，根据工业机器人运动的合理范围自动的摆放相对应的流水线生产模块，例如其中要包含立体仓库和防护栏等。最后对搭建生产线场景进行树状结构图的构建，根据生产线仿真系统的设计，不断的优化当前的生产布局，从而使得工作效率能够得到全面提高。

二、基于视觉的工业机器人装配单元的设计

（一）设计布局

在进行工业机器人装配单元设计方面，需要根据视觉检测来识别相对应的单元重要信息的整合和记录工作，为后续系统运行奠定坚实的基础，在系统中要包含CCD传感器，高质量的采集现场的图像，并且智能相机型号也要进行科学的调整，遵循灵活性的工作原则，从而使后续工作可以更加顺利地进行。另外还需要特别注意视觉系统坐标的转换关系，要集中在包装分拣和焊接等不同的组成部分，智能系统虽然实现了零件中心坐标位置和运算的识别，但是通过视觉系统得到的零件中心坐标和实际中的坐标存在一定的差距，所以在实际工作中需要进行科学的调整，根据现场情况进行反复的实验，将视觉系统识别零件中心坐标传送给机器人，以此来减少其中的误差问题，不断的提高整体的运行效果。在实际系统设计时，要了解三维物体点位坐标和智能视觉系统输出二维坐标之间的关系，在投影面上进行成像之后，再确定与之对应的像素原点坐标，其中包含了相机坐标系和图像坐标系等等，要将相关数据进行相互的匹配，不断的完善当前的设计方案。在相机成像时如果出现畸变的问题，会导致镜像失真和切向失真的情况也会出现非线性的叠加问题，所以在实际工作中需要具体问题具体分析，优化整体的技术模式，为后续的使用提供重要的方向。例如要先根据畸变的类型来进行科学的调整，为了复原失真的图片，要进行图像的修正，运用相对应的公式来确定，最终的修正算法和修这种参数，不断的完善当前的设计方案模板本身为已知的小图像。在模板匹配方面需要在大图像中进行目标的搜索，在图内找到确定目标，并且和模板尺寸相互的匹配，掌握正确的方向以及图像等等，这样一来可以在图中找到相对应的所有目标，确定其中的坐标值，不断的扩大模板的覆盖范围。在实际设计时对于改进模板匹配算法要先进行粗略的匹配，取模板的隔行隔列数据在原图的1/4内进行匹配，由于数据量在大幅度的降低，匹配速度在不断的提高，因此在实际工作中需要确定其中的平均最大误差，在控制的范围之内了解对角点进行相互的匹配，并且将各个图像模板进行相互的比较，优化整体的算法，全面的提升整体的设计效果。第1次匹配位置为偶数隔行隔列进行搜索，第2次搜索到的内容为精准性的位置，以此来解决以往不精准的问题。

在工件识别方法设计方面，首先要对图像进行标定，和之前所设定的尺寸只进行相互的比较，之后再获取工件形状和位置差等等，利用相机视觉顺序进行学习，划分为不同的工件，逐渐的提高整体的设计效果。在系统编写时要了解缺陷工件的脚本文件，各类工件信息所对应的地址要和设计要求进行相互的匹配，每个工件占用三组地址，先确定X坐标和Y坐标，之后调整其中的角度偏差，从而使整体设计效果能够得到全面提高。在人工控制方面要使特定定量的标识和镜像目标内容保持一致，确定学习区域和搜索区域等等。在相似度确定方面，如果参数过小会导致收率在不断的增加，整体运算量也会不断的提升，如果相关值过大，那么也会导致出现遗漏的问题，所以在实际工作中需要谨慎的对待其中的参数确定设计。在目标搜索角度范围中目标很有可能会出现旋转角度的变化，为了达到快速定位的效果，要根据目标实际出现最大角度偏差设定这一值确定定位时间。在几何对称目标方面，要根据对称特征确定目标旋转角度之后，再配合着搜索区域范围，来划分好不同的坐标位置，考虑X轴和Y轴的坐标变化，并且根据目标在实施图像中的区域，尽可能的减小拍照和搜索区域，防止出现较严重的干扰问题。

（二）自动流水线的设计

在自动流水线设计方面，要根据装配流水线配合工业机器人完成相对应的搬运装配任务，其中包含了手动控制和流水線启动停止等相关的操作行为，并且要根据正反向点运动和回原点的运动，控制相对应的装配流水线。在任意一个位置中来确定装配的工位，以此来达到良好的控制效果。在具体实施的过程中需要配备中间减速箱，使速度能够减少之前的1/10，在状态允许的背景下确定电机和减速的型号等等，不断的完善当前的设计方案。在装配流水线位置调整方面要手动操作机器人，将机器人运动到装配流水线位置的正上方之后，再打开激光笔，在坐标系下将激光笔沿着X方向而不断的运动，适当的调整当前的装配流水线，从而使装配流水线能够沿着激光笔而运动，两者要保持一致。在流水线位置调整方面需要手动操作，保证生产线的正常运行，工件在生产线中如果处于系统位置正上方，在世界坐标系下，要将激光笔沿着外方向而不断移动之后再调整整体的流水线，从而使得工件流水线某边缘和激光笔运动方向保持一致，逐渐的提高整体的设计效果。

（三）控制程序的设计

在控制程序设计方面，要将重点放在PLC控制系统的设计中，不断的完善当前的设计方案，根据任务要求，按照下正向启动按钮启动工件流水线的正向转动，按下流水线停止按钮工件流水线的转动之后，再进行科学的调控，从而使整体流水线能够具备较强的通畅性。在系统中也要设置工业机器人和视觉系统的通讯通道，做好信息的共享以及传递。根据工业机器人视觉系统所说到的信息，传送到通讯通道中，在传输时要按照PLC地址编号进行科学的对照，确定传输的位置，将信息输送到控制中心之后，根据实际生产要求优化当前的装配流水线。

结束语：

在进行工业机器人装配生产线设置方面，要考虑整体系统运行的通畅性，并且在视觉的背景下优化当前的装配生产线模式，考虑不同的组成部分，融入先进的控制系统，完善各个生产线流程的控制优化，并且做好科学的实验，及时的发现在工业机器人装配生产线运行时所存在问题，做好各个信息之间的传递，从而使系统运行能够具备较强的通畅性。

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