基于激光传感的工业机器人定位技术

张楚晋 曾宇轩 周清正 陈丽莎 陈俊任

摘  要：为了实现机器人对工件的自动化定位及精确抓取，设计基于激光传感的工业机器人定位系统。将工件以任意位置、任意角度放置在传送带上，工件运送到传送带底部后，机器人经由装载在其末端的激光传感器通过机器人的程序指令运动循环以达到扫描工件的效果，得到工件距离扫描起始点的距离与工件偏转的角度，确定工件中心点，从而实现由程序指令控制的自动化工件定位，并将工件利用吸盘统一码垛到同一位置上。

关键词：工业机器人;工件定位;程序控制;激光传感器

Industrial robot positioning technology based on laser sensing

Zhang Chujin  Zeng Yuxuan  Zhou Qingzheng  Chen Lisha  Chen Junren

Guangzhou College South China University of Technology  GuangdongGuangzhou  510800

Abstract：：In order to realize the robot's automatic positioning and precise grasping of the workpiece， an industrial robot positioning system based on laser sensing is designed. Place the workpiece on the conveyor belt at any position and at any angle. After the workpiece is transported to the bottom of the conveyor belt， the robot passes through the laser sensor loaded at the end of the robot through the robot's program instruction movement cycle to achieve the effect of scanning the workpiece， and obtain the distance between the workpiece and the starting point The distance and the angle of the workpiece deflection are used to determine the center point of the workpiece， so as to realize the automatic workpiece positioning controlled by the program instruction， and the workpieces are uniformly stacked to the same position by the suction cup.

Keywords：Industrial robot; Workpiece positioning; Program control; laser sensor

工業机器人应用的初期阶段仅限于搬运货物、工业焊接、液体喷涂等方面，工业机器人生产技术的飞速更新令其逐渐涉及货物装配、零件打磨等各种精细的工业加工。为了使机器人具有柔性特征，完成自动化生产，保证机器人可以快速开展工作，保证生产安全，可以将视觉技术应用于工业领域，对目标物体进行快速的识别，并明确具体位置。而这时在工业机器人精加工时的前提即利用工业机器人获取工件精确的尺寸与姿态就显得尤其重要[1-3]。

我们将利用ABB机器人IRB1410型号进行实机展示主要依托机器人程序算法利用激光传感器以达到定位的效果。

1 方案设计

根据定位系统要求，使用ABB Robot Studio软件进行仿真模拟与离线编程。由于ABB系列工业机器人的特点，在完成仿真操作后，只需要进行现场示教即可达到预期目标。

针对已知尺寸与姿态的工件，在匀速转动的传送带上随机放置然后令其传動到传送带末端，抵达末端后ABB机器人利用机械臂末端安装的激光传感器对物件进行扫描检测工件的位置，然后定位工件的位置，然后利用机械臂上的吸盘对其进行工件中心点的精确抓取，然后把不同且随机位置的工件进行统一位置的码垛。

研究内容主要包括以下几个顺序步骤：（1）基于robotstudio的工作站仿真

（2）ABB机器人实机调试

2 项目工作站仿真设计

工作站仿真设计包括以下几个步骤的目标：

第一阶段目标，主要是传送带的设置。这一部分包括传送带上随机位置生成工件的Smart组件设置，应用到了随机组件。

第二阶段目标，主要是仿真工作站里的各种工具的设置。这一部分包括激光传感器对工件是否到位的检测和位姿的定位以及吸盘吸附物料的条件判断，主要通过RobotStudio中的smart组件实现。通过设计组件内容，可以实现吸盘吸取物体与放置物体的效果。

第三阶段目标，主要是通信逻辑和激光定位程序逻辑的设置。设置整体工作站的逻辑，为下一步准备。

第四阶段目标，主要是整体协调配合。根据仿真的工作站信号通信逻辑与几个激光传感器的配合关系，根据激光传感定位编写运作工作站的代码，使得能够成功利用Robot Studio仿真，以达到机器人利用激光传感定位抓取工件再进行码垛的效果。

3 ABB机器人实机调试

实机调试包括以下几个步骤的调试：

第一阶段，主要是接线（信号连接）。设计信号的输入与输出，然后根据传感器的类型确定其接线情况，最后按照总体的通信逻辑完成了对电路的现场接线。如表1所示，为电路的IO分配表。

第二阶段，主要是对仿真中各点以及相应运动方向的现场示教。如下图所示，机器人在工作时，主要经过几个关键点位，并以工具坐标和预期算法进行作业。

第四阶段，完成实机上的各示教点位匹配后，再匹配实际激光传感器的误差完善程序后最终成功在ABB机器人实机上完成了项目的目标：ABB机器人能够自动化完成在传送带末端上将随机摆放的工件进行统一码垛。

4 结语

将工件以任意位置、任意角度放置在传送带上，工件运送到传送带末端后，经过放在传送带底部的激光传感器对机器人输入信号，激活机器人经由装载在其末端的激光传感器通过机器人的程序指令运动循环以达到扫描工件的效果，得到工件距离扫描起始点的距离与工件偏转的角度，确定工件中心点，从而实现由程序指令控制的自动化工件定位，并将工件利用吸盘统一码垛到同一位置上。

参考文献：

[1]余永维，杜柳青，许贺作.柔性装夹机器人工件视觉定位系统设计[J].制造业自动化，2020，42（02）：77-81.

[2]郭军.基于机器视觉的机器人工件定位系统研究及实际应用[J].科学技术创新，2020（14）：103-104.

[3]龚海强，单奇，罗新河.激光扫描在工件角点定位中的应用方法[J].机械设计与制造，2020（09）：239-242+247.

基金项目：华南理工大学广州学院大学生创新创业训练计划项目（52JY200505）