配視覺(jué)系統(tǒng)的直角坐標(biāo)機(jī)器人的應(yīng)用實(shí)例
2008/10/14 0:00:00
一 直角坐標(biāo)機(jī)器人的定義及主要特點(diǎn)
機(jī)器人按ISO 8373定義為：位置可以固定或移動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、多功能多用處、末端操作器的位置要在3個(gè)或3個(gè)以上自由度內(nèi)可編程的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備。這里自由度就是指可運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的軸。直角坐標(biāo)機(jī)器人是以直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軸為主，各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸通常對(duì)應(yīng)直角坐標(biāo)系中的X軸，Y軸和Z軸。在絕大多數(shù)情況下直角坐標(biāo)機(jī)器人的各個(gè)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軸間的夾角為直角。
直角坐標(biāo)機(jī)器人主要由一些直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，控制系統(tǒng)和末端操作器組成。針對(duì)不同的應(yīng)用，可以方便快速組合成不同維數(shù)，各種行程和不同帶載能力的壁掛式、懸臂式、龍門(mén)式或倒掛式等各種形式的直角坐標(biāo)機(jī)器人。從簡(jiǎn)單的二維機(jī)器人到復(fù)雜的五維機(jī)器人就有上百種結(jié)構(gòu)形式的成功應(yīng)用案例。從食品生產(chǎn)到汽車(chē)裝配等各行各業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)中，都有各式各樣的多臺(tái)直角坐標(biāo)機(jī)器人和其它設(shè)備嚴(yán)格同步協(xié)調(diào)工作。可以說(shuō)直角坐標(biāo)機(jī)器人幾乎能勝任幾乎所有的工業(yè)自動(dòng)化任務(wù)。下面是其主要特點(diǎn)：
1任意組合成各種結(jié)構(gòu)樣式，帶載能力和尺寸的機(jī)器人，
2采用多根直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)單元級(jí)連和齒輪齒條傳動(dòng)，可以形成幾十米的超大行程機(jī)器人。
3采用多根直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)單元平連及各帶多滑塊結(jié)構(gòu)時(shí)其負(fù)載能力可增加到數(shù)噸。
4 其最大運(yùn)行速度可達(dá)到每秒8米，加速度可達(dá)到每秒4米。
5 重復(fù)定位精度可達(dá)到0.05mm或0.01mm。
6 采用帶有RTCP功能的五軸或五軸以上數(shù)控系統(tǒng)能完成非常復(fù)雜軌跡的工作。
二 德國(guó)VC視覺(jué)系統(tǒng)簡(jiǎn)介
機(jī)器視覺(jué)就是使機(jī)器有人眼和大腦的部分功能，自動(dòng)做如形狀測(cè)量，印刷質(zhì)量缺欠識(shí)別和產(chǎn)品外觀質(zhì)量識(shí)別等工作。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)通常用在全自動(dòng)化、高效高可靠和非接觸地，大批量生產(chǎn)過(guò)程中的檢測(cè)識(shí)別工作。常見(jiàn)的視覺(jué)系統(tǒng)一般包括如下部分：光源，鏡頭，CCD攝相機(jī)，圖像采集卡，圖像處理軟件，監(jiān)視器，通訊/輸入輸出單元等。也有許多智能攝相機(jī)自身已帶有鏡頭，CCD攝相機(jī)，高速CPU，存儲(chǔ)器，常用圖像處理軟件，通訊口和輸入輸出單元。CCD攝相機(jī)有彩色攝相機(jī)和黑白攝相機(jī)，本文僅介紹CCD黑白攝相機(jī)。
首先CCD攝相機(jī)將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成灰度圖像信號(hào)，該信號(hào)先被放大，再數(shù)字化為數(shù)字圖像。數(shù)字圖像以二維矩陣存儲(chǔ)起來(lái)，如Vision Components公司智能攝像機(jī)VC2038的每一幅數(shù)字圖像都是640*480的二維矩陣。該矩陣的每一個(gè)元素叫像素，它的數(shù)值通常是0~255。像素的數(shù)值0~255對(duì)應(yīng)目標(biāo)的最暗和最亮處。圖像處理軟件就是根據(jù)圖像中像素分布和亮度變化等信息抽取圖像中目標(biāo)的特征，如：面積、長(zhǎng)度、數(shù)量、位置等， 然后與所存的模板進(jìn)行比較匹配，最后給出結(jié)果，如：尺寸、角度、偏移量、個(gè)數(shù)、合格/不合格、有/無(wú)等。
三 機(jī)器人數(shù)控系統(tǒng)
該機(jī)器人的控制系統(tǒng)采用德國(guó)運(yùn)動(dòng)技術(shù)公司（Movtec）的三軸運(yùn)動(dòng)控制卡DEC4DT和運(yùn)動(dòng)控制軟件Editasc。DEC4T運(yùn)動(dòng)控制卡是基于PC機(jī)，專(zhuān)用控制3臺(tái)步進(jìn)電機(jī)和數(shù)字伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制卡。EdiTasc不僅是MOVTEC公司各種控制卡配套的通用數(shù)控軟件，它也是一個(gè)高度開(kāi)放的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可以直接控制各種工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備，或方便的開(kāi)發(fā)用戶(hù)專(zhuān)用頁(yè)面及控制系統(tǒng)。DEC4T自帶36路數(shù)字輸入輸出口，來(lái)作為限位開(kāi)關(guān)，控制CCD智能相機(jī)和起動(dòng)檢測(cè)儀器。
Editasc可采用Mtasc語(yǔ)言或G代碼編程，Mtasc語(yǔ)言為Editasc專(zhuān)用語(yǔ)言，具有如下一些特點(diǎn)：
l 任意定義各種長(zhǎng)度、多種類(lèi)型的變量和數(shù)組 ；
l 許多數(shù)學(xué)函數(shù)；
l 多種循環(huán)程序;
l 多種條件
l 允許有任意層擴(kuò)展和嵌套；
l 調(diào)用子程序和調(diào)用其它語(yǔ)言的子程序；
l 極其方便的I/O口操作。
l 在程序的輸入和編輯過(guò)程中可以執(zhí)行任意一行或幾行程序，可方便地驗(yàn)證程序及數(shù)據(jù)的合理性。
四 幾個(gè)典型應(yīng)用
1 產(chǎn)品標(biāo)簽檢驗(yàn)
在幾乎所有的現(xiàn)代化批量生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)品包裝盒上所印文字，符號(hào)，產(chǎn)品上的標(biāo)簽等要是印刷的精美，要無(wú)缺陷和錯(cuò)誤。但實(shí)際中會(huì)出現(xiàn)下面的問(wèn)題，如部分字符漏印，部分字符不完整，不同字符間混亂，如5和6; 6和9印混了。字符位置不對(duì)，字符的字體不對(duì)或不一致等。要解決上面的問(wèn)題就必須選一優(yōu)秀的圖象處理系統(tǒng)，對(duì)這些文字和符號(hào)進(jìn)行100%的可靠的檢驗(yàn)，才能保證100%的合格率，達(dá)到真正的“零缺陷”。被檢驗(yàn)識(shí)別的文字和符號(hào)可以由下面的方式產(chǎn)生：印刷，噴碼，熱轉(zhuǎn)印和激光雕刻等。這更增加了檢驗(yàn)識(shí)別的難度。
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