第33卷第3期圆园员9年第3期
Vol.33No.3
NO.3.2019
沉砂池
技术与教育TECHNIQUE &EDUCATION 作者简介：张开（1993—），男，学士，助教。研究方向：工业机器人应用技术。张
开
（吉林工业职业技术学院机电与智能技术学院，吉林吉林132013）
摘
vb连接sql数据库要：关键词：
中图分类号：TP242.2
饮用水净化器文献标识码：A
随着工业机器人技术的发展，越来越多的工业机器人已经参与到实际生产当中。
目前的工业机器人普遍是示教—再现型，处理复杂的任务相对困难，导致工作效率降低。为了使工业机器人完成复杂多样的任务，能够检测外部环境，研究了基于工业机器人视觉系统的工件识别与定位技术。以工业机器人视觉搬运流程为例，阐述了目标工件的形状与颜的视觉识别方法、对目标工件的相机标定与旋转中心的视觉位姿测量方法。分析可见，工业机器人可以通过视觉技术对工件进行识别和定位，并可以准确地完成搬运任务。
工业机器人；视觉系统；工件识别；定位技术1引言
随着我国工业化与信息化融合的发展和制造加工技术的不断提高，工业机器人已经成为标志现代化生产水平的一个重要因素。由于工业机器人搬运技术具有高效性，所以在自动化程度较高的地方，工业机器人搬运已经成为常见的搬运手段。然而，大多数自动化生产线上的工件所放置的位置和具有的姿态都是设定好的，只要工作环境或工件的任务对象发生了变化，就会导致实际的位置和姿态与设定间存在一定的误差，工业机器人无法进行现场调整，从而导致搬运的失败，降低了工业机器人的工作效率和灵活性。因此将视觉系统加入到工业机器人中，通过视觉引导工业机器人对工件进行识别、定位、抓取、搬运等任务，对于提高工业机器人的搬运效率和搬运精度有着十分重要的意义。
2工业机器人视觉识别定位工件流程
将视觉系统安装在工业机器人本体上，保证了工业机器人具有实际处理工件的能力。不需要提前对工业机器人的运动路线进行示教编程，
而是通过图像的反馈信息完成工件的识别和定位。工业机器人视觉识别定位具体流程如图1所示。
对于不同控制系统的视觉检测装置，其视觉识别定位流程大致相同，具体流程为工件在推出气缸的作用下，离开料仓，通过传送带到达CCD 相机的下方，相机对工件的形状和颜进行判别，对工件的实际位置进行定位，并把结果反馈到主控系统，主控系统通过计算再将工件的位置和姿态以坐标的形式反馈给工业机器人，到抓取工件的位置，PLC 传输信号给控制器实现抓取，再通过示教编程，保证工件顺利的搬运到立体料仓中[1]。
3工业机器人视觉识别定位工件方法
在实际应用中，视觉系统软件安装在视觉系统中，软件界面通过显示屏显示交互，视觉系统通过相机采集的图像作为检测对象。通过对工件进行手动测试、制定形状模板、指定颜模板、工件九点法位置定位、工件旋转中心确定等具体步骤完成工件的识别与定位[2]。
3.1对工件的手动测试
在进行工件识别定位过程中，需要令工业机器人对工件识别及工件定位有严格的要求，通过手动测试建立二维坐标系，使其对当前工件相对于视觉系统所处的位置的偏转角度C 补偿给工业机器人，这样可以使相机产生的图像反馈的坐标与工业机器人坐标建立直接的联系，更有助于记录工业机器人取料时的位置与姿态，判断是否存在误差及取料是否精准等[3]。
以长方体蓝工件为例，如图2所示。在手动测试时，需要创建工件模板，其中模板命名规定：长方形为R ，正方形为S ，圆形为C ；颜识别命名规定：配置蓝物体的RGB 值，序号为0。配置红物体的RGB 值，序号为1。3.2制定形状模板
视觉系统需要通过对工件的形状进行匹配，这一过程可以设定预期模板，采用边界轮廓对比的方式获取当前图像和工件的相似程度。在实践时，由于形状检测处理的数据量较小，因此可以高速地进行检测。但若选中的模板太大，则检测速度会下降，通常模板的细微差异不容易导致相似度的下降。以圆柱形工件为例，如图3、图4、图5、图6和图7所示。基本步骤为：①创建圆形模板；②创建模板；③选择圆形工具；④生成模板；⑤完成退出；⑥设置最小匹配分数；⑦设置角度范围；⑧设置完成，确认退出；⑨更新模板；⑩保存方案[4]
。
图2长方体工件的手动测试
图1工业机器人视觉识别定位具体流程
工件到达CCD 相机下方
视觉系统对工件手动测试
视觉系统制定形状模块视觉系统制定颜模块
CCD 相机标定
工件旋转中心确定
信息反馈给主控系统
坐标系统反馈给工业
机器人
工业机器人抓取搬运
12技术与教育
3.3制定颜模板
颜是物体形态的直观特征之一，其描述方法与所采用的颜模型有关，常用的颜模型有RGB 颜空间和HIS （相、饱和度、亮度）颜空间。
为了更加完美地根据颜的不同来即时判断和识别传送线上的工件，可以采用相应的图像处理技术将工件图像的颜信息记录下来，并保存到系统当中，以便随时调用。以蓝工件为例，如图8所示。当CCD 相机定位好后，调用之前记录好的工件的颜特征，在工件移动到相应位置
时调用已经建立好的颜识别模块对工件进行判别，目的是让工业机器人记住工件的颜信息并进行判断是否搬运[5]。3.4CCD 相机标定
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CCD （Charge-coupled Device ，电荷耦合器件）也称为CCD 图像传感器，是一种半导体器件，是一种集成电路，感光元件整齐地排列在半导体材料上面，能感应光线。CCD 的作用就像传统的胶片一样，用来承载图像，能够把光学影像转换成数字信号。
大部分视觉系统的应用目标是从摄像头提
图3圆柱形工件形状模板1图4圆柱形工件形状模板2
图5圆柱形工件形状模板3图6圆柱形工件形状模板4
图7圆柱形工件形状模板5图8蓝工件颜模板
1、创建圆形模板
2、创建模板
3、选择图形工具
4、生成模板
5、完成退出
7、设置角度范围
6、设置最小匹配分数
8、确定退出
10、保存方案
9、更新模板
1、放置蓝工件，点击获取当前颜的测量值，得到R 、G 、B 通道均值
2、根据获得的R 、G 、B 的通道均值确定颜判定值范围
3、保存应用
张开基于工业机器人视觉系统的工件识别与定位13
供定位数据从而引导工业机器人，这要求图像系统在一个与工业机器人共享的坐标系统中提供目标的定位数据。目前工业生产中主流的视觉检测系统仍然以二维方式工作，即所有图像中的部件都必须位于一个校准平面上。所以现在用于工业机器人视觉系统相机标定的多数都是平面校准方式，通常使用平面校准板，或令校准参照物在同一平面内运动进行校准[6]。
标定方法如图9所示。CCD 相机标定工作流程为：将工业机器人吸盘的吸嘴为中心，示教一个工具坐标系TOOL ，使工业机器人吸取一平面，出现在CCD 相机的视野范围内，同时改变工业机器人Z 轴高度，使其与工件的上表面平齐，切换坐标系，移动工业机器人使目标出现在视野
的中间位置，继续移动工业机器人，依次使目标物出现在视野的其他8个地方，分别获取坐标，完成标定后，观察像素尺寸中X 和Y 的值，一般X 与Y 的差值会小于1μm ，如果差值大，则可能标定失败。3.5工件旋转中心确定超级管道
工件的旋转中心是表示工业机器人以哪一点在旋转，以便用这个点去吸取工件的中心，从而方便工业机器人抓取目标工件。计算旋转中心方法如图10、图11和图12所示[7]。在工件上方随意选取一个平面作为参考点，使其完全出现在视野中，获取坐标值，将其平面连续2次旋转10°左右，再一次获取坐标值，通过系统计算完成旋转中心的建立。
4工业机器人抓取搬运
完成视觉系统的基本操作后，在工件搬运中需要确保抓取的稳固性，与PLC 通讯技术结合，可以保证工业机器人能够自动完成夹爪工具的抓取动作。在工件放置后，工业机器人还需要做放料后先向垂直方向运行，在合理控制工业机
器人的速度的基础上，确保工件能够安全稳定地到达目的地，工业机器人的搬运过程也需要遵循相应的流程，一般情况下，其流程的结束点为工业机器人的零点位置，这样能够节省一定的空间，为下次的搬运工作打下基础[8]。
图9CCD
相机标定图10工件旋转中心确定1
图11工件旋转中心确定2图12工件旋转中心确定3
2、分别获取九个位置的像素坐标和工业机器人坐标
3、执行标定计算
1、移动工业
机器人在图像上定位九个位置
14技术与教育
5结语
视觉系统在工业机器人搬运中主要包含工件手动测试、制定形状模板、制定颜模板、CCD 相机标定、旋转中心确定等部分内容。本文论述了拥有视觉系统的工业机器人在搬运过程中的实际操作，将机器视觉融入到工业机器人工件搬运当中，使工业机器人动作变得更加灵活可靠，系统运行流畅，抓放精度高，改变传统式搬运成本低等问题，不仅能够节省大量的人力和物力，还能够大幅度提高生产效率，实现生产的智能化。
参考文献
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丰乳贴
[7]翟静美，董鹏飞，张铁.基于视觉引导的人工机器人定位抓取系统设计[J].机械设计与研究，2018（09）：109-117.
[8]朱海波.基于视觉引导的工业机器人工件搬运技术研究[D].沈阳：沈阳工业大学，2018.
Identification and Location of Workpiece Based on Robot Vision System
ZHANG Kai
（School of Electromechanical and Intelligent Technology，
Jilin Vocational College of Industry and Technology，Jilin132013，China）
Abstract：With the development of the application of industrial robots，more and more robots have been involved in practical production.However，the current robots are generally teaching-reproduction type，which are relatively difficult to deal with complex tasks，resulting in reduced work efficiency.In order to enable the robots to complete complex and diverse tasks and to detect the external environment，this paper studies the workpiece identification and positioning technology based on the robot vision system.It introduces the visual handling process of the robot in detail，and explains the visual identification method of the shape and color of the target workpiece，the camera calibration of the target workpiece and the visual pose measurement method of the rotation center.Through analysis，it can be found that industrial robots can identify and locate the workpiece through visual technology，and can accurately complete the handling task.
Key words：the visual system；workpiece recognition；positioning technology
张开基于工业机器人视觉系统的工件识别与定位15
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