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带视觉系统的气动插装机器人的研制 |
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作者：北京工业大学 张捷 张慧慧 |
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摘 要：简要介绍了一种带视觉系统的全气动插装机器人，该机器人具有一定的智能性，可快速自动地完成指定的插装作业。
关键词：气动数字伺服；视觉传感器；插装机器人
1 前言
气动数字伺服技术是20世纪90年代初趋于成熟的新技术，它的出现提高了气动执行元件的定位精度，并为气动技术在精度要求较高环境中的应用提供了条件。根据用户要求，在有限的条件下我们研制了一台带视觉系统并取一轴为数字伺服定位的气动插装机器人，其结构如图1所示。该机器人的特点是：Ｘ轴选用气动伺服定位系统，实现了机器人在Ｘ方向上的任意定位；Ｙ、Ｚ轴选用了价格便宜并有3个可调位置的新式ＨＭＰ型直角坐标气缸；用视觉传感器系统对工件进行识别，可自主地完成插装作业，提高了机器人的智能性。
1 Ｘ轴 2 Ｚ轴 3 摄像头 4 Ｙ轴 5 Ｗ轴 6 气爪
图1 气动插装机器人的结构简图
2 气动插装机器人的组成及工作原理
图1为气动插装机器人的结构简图。该机器人为全气动四自由度直角坐标机器人，Ｘ轴是一数字伺服定位系统，它由数字伺服缸、位移传感器、比例阀和数字伺服控制器等组成；Ｙ、Ｚ轴为可实现3点定位的直角坐标气缸，其重复精度可达到±0 01ｍｍ；Ｗ轴为一可作±180°运动的摆动缸；采用气动手爪抓取工件，视觉系统的摄像头固定在Ｚ轴上，机器人的运动由控制系统来实现。
图2为一插装模板，模板上有2排3种不同形状的孔，将相应形状的轴装入第一排孔中。计算机根据设定的要求给伺服控制器发出指令，机器人则从初始位置沿Ｘ轴由插装模板的Ａ端开始扫描，当摄像头发现有设定的工件时，立即停止运动并作精确定位，此时Ｚ轴的直角坐标气缸向下运动至一定位置，气爪闭合抓取工件(指定形状的轴)，Ｚ轴气缸复位抓取动作完成。此时，Ｙ轴的直角坐标气缸伸出至模板第二排孔中心线的上方，机器人在新的Ｙ坐标下再次沿Ｘ轴从插装模板的Ｂ端开始扫描，当摄像头发现有设定形状的孔时，即停止运动并作精确定位后，Ｚ轴向下运动，手爪将轴插入相应的孔中，手爪松开，Ｚ轴、Ｙ轴、Ｘ轴依次复位，这时一个工作循环完成。
图2 插装模板示意图
若机器人的Ｘ、Ｙ、Ｚ轴均选用数字伺服定位系统，机器人将具有更大的灵活性和更高的插装速度，但其造价也会随之显著增加。
3 机器人的视觉系统
图3为机器人视觉控制系统框图，图中虚线所示的方向为摄像头向ＰＣ机主动传送信息时的通信方向，实线所示的方向为ＰＣ机对摄像头进行控制时的通信方向。该插装机器人的视觉系统选用了Ｆ150型视觉传感器系统，它由ＣＣＤ摄像头、视觉控制器及通信电缆组成，其主要功能是通过对物体特征信息的提取，来对物体进行识别。视觉控制器通过ＣＣＤ将指定的物体采集出来后，由控制器对所采集的图像进行前期处理，如对图像的平滑化、边缘强调、边缘抽出以及对背景的切除等，所有这些处理的目的都是为了提取出物体自身全部的特有信息，从而形成一个标准的模板，并设定相应的阈值供控制器后期判断物体使用。当摄像头采集到工件后，与上述方法得到的标准模板进行比较，如果所得到的结果大于设定的阈值，则视觉控制器的某一点即输出一个信号激活ＰＬＣ控制器端相应点的输入口中断，ＰＬＣ进入相应的处理程序完成对工件的识别。
图3 机器人视觉控制系统框图
4 结论
我们在插装模板上(见图2)对3种不同形状的轴孔进行了自动识别插装实验，实验结果表明，该机器人可顺利完成轴孔间隙≥0 1ｍｍ的插装作业，目前，由于受气动执行元件位置精度的限制，尚不能完成精密插装任务。
参考文献：
[1] 陆鑫盛，周洪 气动自动化系统的优化设计[Ｍ] 上海：科学技术文献出版社，2000 (end)
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(12/17/2004) |
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