配視覺系統(tǒng)的直角坐標機器人的應(yīng)用實例
2008/10/14 0:00:00
一 直角坐標機器人的定義及主要特點
機器人按ISO 8373定義為：位置可以固定或移動，能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制、可重復編程、多功能多用處、末端操作器的位置要在3個或3個以上自由度內(nèi)可編程的工業(yè)自動化設(shè)備。這里自由度就是指可運動或轉(zhuǎn)動的軸。直角坐標機器人是以直線運動軸為主，各個運動軸通常對應(yīng)直角坐標系中的X軸，Y軸和Z軸。在絕大多數(shù)情況下直角坐標機器人的各個直線運動軸間的夾角為直角。
直角坐標機器人主要由一些直線運動單元，驅(qū)動電機，控制系統(tǒng)和末端操作器組成。針對不同的應(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、龍門式或倒掛式等各種形式的直角坐標機器人。從簡單的二維機器人到復雜的五維機器人就有上百種結(jié)構(gòu)形式的成功應(yīng)用案例。從食品生產(chǎn)到汽車裝配等各行各業(yè)的自動化生產(chǎn)線中，都有各式各樣的多臺直角坐標機器人和其它設(shè)備嚴格同步協(xié)調(diào)工作?？梢哉f直角坐標機器人幾乎能勝任幾乎所有的工業(yè)自動化任務(wù)。下面是其主要特點：
1任意組合成各種結(jié)構(gòu)樣式，帶載能力和尺寸的機器人，
2采用多根直線運動單元級連和齒輪齒條傳動，可以形成幾十米的超大行程機器人。
3采用多根直線運動單元平連及各帶多滑塊結(jié)構(gòu)時其負載能力可增加到數(shù)噸。
4 其最大運行速度可達到每秒8米，加速度可達到每秒4米。
5 重復定位精度可達到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)能完成非常復雜軌跡的工作。
二 德國VC視覺系統(tǒng)簡介
機器視覺就是使機器有人眼和大腦的部分功能，自動做如形狀測量，印刷質(zhì)量缺欠識別和產(chǎn)品外觀質(zhì)量識別等工作。機器視覺系統(tǒng)通常用在全自動化、高效高可靠和非接觸地，大批量生產(chǎn)過程中的檢測識別工作。常見的視覺系統(tǒng)一般包括如下部分：光源，鏡頭，CCD攝相機，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自身已帶有鏡頭，CCD攝相機，高速CPU，存儲器，常用圖像處理軟件，通訊口和輸入輸出單元。CCD攝相機有彩色攝相機和黑白攝相機，本文僅介紹CCD黑白攝相機。
首先CCD攝相機將被攝取目標轉(zhuǎn)換成灰度圖像信號，該信號先被放大，再數(shù)字化為數(shù)字圖像。數(shù)字圖像以二維矩陣存儲起來，如Vision Components公司智能攝像機VC2038的每一幅數(shù)字圖像都是640*480的二維矩陣。該矩陣的每一個元素叫像素，它的數(shù)值通常是0~255。像素的數(shù)值0~255對應(yīng)目標的最暗和最亮處。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的特征，如：面積、長度、數(shù)量、位置等， 然后與所存的模板進行比較匹配，最后給出結(jié)果，如：尺寸、角度、偏移量、個數(shù)、合格/不合格、有/無等。
三 機器人數(shù)控系統(tǒng)
該機器人的控制系統(tǒng)采用德國運動技術(shù)公司（Movtec）的三軸運動控制卡DEC4DT和運動控制軟件Editasc。DEC4T運動控制卡是基于PC機，專用控制3臺步進電機和數(shù)字伺服電機的運動控制卡。EdiTasc不僅是MOVTEC公司各種控制卡配套的通用數(shù)控軟件，它也是一個高度開放的開發(fā)平臺，可以直接控制各種工業(yè)自動化設(shè)備，或方便的開發(fā)用戶專用頁面及控制系統(tǒng)。DEC4T自帶36路數(shù)字輸入輸出口，來作為限位開關(guān)，控制CCD智能相機和起動檢測儀器。
Editasc可采用Mtasc語言或G代碼編程，Mtasc語言為Editasc專用語言，具有如下一些特點：
l 任意定義各種長度、多種類型的變量和數(shù)組 ；
l 許多數(shù)學函數(shù)；
l 多種循環(huán)程序;
l 多種條件
l 允許有任意層擴展和嵌套；
l 調(diào)用子程序和調(diào)用其它語言的子程序；
l 極其方便的I/O口操作。
l 在程序的輸入和編輯過程中可以執(zhí)行任意一行或幾行程序，可方便地驗證程序及數(shù)據(jù)的合理性。
四 幾個典型應(yīng)用
1 產(chǎn)品標簽檢驗
在幾乎所有的現(xiàn)代化批量生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品包裝盒上所印文字，符號，產(chǎn)品上的標簽等要是印刷的精美，要無缺陷和錯誤。但實際中會出現(xiàn)下面的問題，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，字符的字體不對或不一致等。要解決上面的問題就必須選一優(yōu)秀的圖象處理系統(tǒng)，對這些文字和符號進行100%的可靠的檢驗，才能保證100%的合格率，達到真正的“零缺陷”。被檢驗識別的文字和符號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。這更增加了檢驗識別的難度。
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