一种具有视觉系统的工业机器人及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种具有视觉系统的工业机器人及其控制方法，利用摄像机来获取目标物体的位置信息，经过运算变换转化成机器人手爪的抓取信息，然后再利用工业机器人运动学的逆解算法计算出一组机械臂各个关节的转角，再通过控制机器人各个关节的转动，使机器人的手爪以特定的姿态到达目标物体的位置并实现对目标物体的准确抓取。本发明专利技术的是利用视觉传感器反馈的位姿信息，使得工业机器人的末端执行器即手爪，能够自动对准目标物体，并对目标物体进行抓取。

An industrial robot with visual system and its control method

The invention discloses an industrial robot with vision system and its control method, position information to obtain the object using the camera, after operation is transformed into a robot hand grasp of information, and then by using the inverse algorithm to calculate the angle of a group of each joint of the mechanical arm kinematics of industrial robot, the robot each rotation control the joint, the robot gripper in a specific orientation to the position of the target object and realize the accurate grasp of the target object. The invention utilizes the position and orientation information feedback by the visual sensor, so that the end effector of the industrial robot, namely the gripper, can automatically target the object and grasp the target object.

【技术实现步骤摘要】
一种具有视觉系统的工业机器人及其控制方法
本专利技术涉及机器人领域，特别涉及一种具有视觉系统的工业机器人及其控制方法。
技术介绍
搬运机器人作为最早应用于生产的两种工业机器人之一，在工业生产自动化中，一直扮演着非常重要角色。并且在现有的工业机器人已装机总数中，搬运机器人也占着较大的比例。伴随着工业机器人应用范围的不断扩展，搬运机器人呈现向食品饮料、家用电器、半导体晶圆、液晶面板等多元行业发展的趋势，成为工业机器人领域发展的一个新增长点。目前生产线上应用的搬运工业机器人大多是通过示教再现或预编程来实现机器人的操作，这样物体的初始位姿和终止位姿都是严格限定的，机器人只是完成点到点的任务动作，外部参数变化的物体发热操作则是无能为力。这样一来，生产线的柔性就差，满足不了柔性生产系统对物料输送和搬运的要求。在这种情况下，为保证机器人顺利高效的完成工作任务和减少生产准备时间，引入机器视觉技术来实现对工作目标物体的识别和定位就显得很有必要。在现代自动化生产的过程中，计算机视觉技术正成为一种保证产品质量和提高生产效率的关键技术手段，如实现智能机器人的控制、对机械零件的自动加工和检测和柔性生产线的自动监控等。本专利技术所作的成果就是对于机器人控制系统进行视觉判断和控制设计，将计算机视觉技术应用于搬运工业机器人的工作领域，利用机器视觉技术获取工件及其周围环境的信息，从中识别出所要的操作的目标物体，并能做出决策来引导工业机器人完成对目标物体的抓取、放置等操作。这不但提高了产品的质量和生产效率，同时对增强工业机器人对环境的适应能力以及拓展机器人应用范围都具有十分重要的意义。专利技术内容本专利技术的目的在于针对上述存在的问题和不足，提供一种具有视觉系统的工业机器人及其控制方法，以解决上述技术问题。为实现上述目的本专利技术采用以下技术方案：一种具有视觉系统的工业机器人，包括机器人本体、机器人视觉系统、机器人工控机以及控制柜；控制柜内安装了机器人的五个伺服驱动器，变压器，继电器和I/O端子板，机器人工控机采用控制器型号为HNC-210B，工机器人控机为外部提供接口功能，将五个交流伺服电机连接好的五个交流伺服驱动单元分别通过进给驱动装置的接口XS30、XS31、XS34、XS35和XS36接入到工控机上，机器人各个关节上的行程开关、限位开关等系统外部的开关量则通过接到电柜里的I/O端子板上后，再经过一一对应从端子板引线通过XS10这个开关量输入接口接到工控系统中；该工业机器人的控制系统是由两个子控制系统组成的，下位机为工业机器人控制系统，用于控制机器人，上位机为机器视觉控制系统，用于控制CCD摄像机和图像的处理；该机器人视觉系统为基于单目视觉的Eye-to-Hand系统，将CCD摄像机安装在机器人工作台的正上方并安装在固定墙上的悬架上，通过CCD摄像机的USB2.0接口与PC机相联接，在PC机上安装好ARTCAM130MICCD摄像机的驱动程序；机器人本体结构上主要由底座、腰、大臂、小臂和手腕五个部件组成；各部件之间的连接部分被称为机器人的关节或轴；底座与腰之间为关节1，腰与大臂之间为关节2，大臂与小臂之间为关节3，小臂和手腕之间为关节4，手腕部件还包含关节5，关节1到关节3为定位关节，手腕的位置主要由这三个关节决定；关节4和关节5为定向关节，用于改变手腕姿态，机器人每个关节均由伺服电机驱动，以实现机器人的整体运动。机器人视觉系统包括视频采集设备，视频采集设备需要给其提供5V的直流电源，功耗为2瓦，图像尺寸大小可调，最大图像分辨率为1280×1024像素，并且提供BNC插头和USB2.0接口，当USB2.0接口与外部PC机连接时，就在给CCD摄像机提供外部电源的同时又能完成视频的采集功能，从USB2.0接口输出的信号是数字信号计算机视觉软件就能通过调用安装的摄像机驱动程序中特定的API接口函数来控制电子快门实现CCD摄像机图像的采集控制操作；机器人视觉系统包括图像获取模块、图像处理模块、图像理解模块、图像存储模块，摄像机输出的信号是数字信号，直接由计算机处理，图像处理部分主要实现了图像的灰度化、图像的二值化、图像轮廓的提取以及中心点的生成功能模块。伺服驱动器采用的是华中数控研发的型号为HSV-16的全数字交流伺服驱动单元。具有视觉系统的工业机器人的控制方法:利用摄像机来获取目标物体的位置信息，经过运算变换转化成机器人手爪的抓取信息，然后再利用工业机器人运动学的逆解算法计算出一组机械臂各个关节的转角，再通过控制机器人各个关节的转动，使机器人的手爪以特定的姿态到达目标物体的位置并实现对目标物体的准确抓取。本专利技术的是利用视觉传感器反馈的位姿信息，使得工业机器人的末端执行器即手爪，能够自动对准目标物体，并对目标物体进行抓取。附图说明图1是本专利技术工控机为外部提供接口示意图。图2是本专利技术通过操作控制面板上设定的特定按键实现视觉控制流程图。图3是本专利技术系统原理流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。如图所示，一种具有视觉系统的工业机器人，包括机器人本体、机器人视觉系统、机器人工控机以及控制柜；控制柜内安装了机器人的五个伺服驱动器，变压器，继电器和I/O端子板，伺服驱动器采用的是华中数控研发的型号为HSV-16的全数字交流伺服驱动单元，工机器人控机为外部提供接口功能，将五个交流伺服电机连接好的五个交流伺服驱动单元分别通过进给驱动装置的接口XS30、XS31、XS34、XS35和XS36接入到工控机上，机器人各个关节上的行程开关、限位开关等系统外部的开关量则通过接到电柜里的I/O端子板上后，再经过一一对应从端子板引线通过XS10这个开关量输入接口接到工控系统中；该工业机器人的控制系统是由两个子控制系统组成的，下位机为工业机器人控制系统，用于控制机器人，上位机为机器视觉控制系统，用于控制CCD摄像机和图像的处理；该机器人视觉系统为基于单目视觉的Eye-to-Hand系统，将CCD摄像机安装在机器人工作台的正上方并安装在固定墙上的悬架上，通过CCD摄像机的USB2.0接口与PC机相联接，在PC机上安装好ARTCAM130MICCD摄像机的驱动程序；机器人本体结构上主要由底座、腰、大臂、小臂和手腕五个部件组成；各部件之间的连接部分被称为机器人的关节或轴；底座与腰之间为关节1，腰与大臂之间为关节2，大臂与小臂之间为关节3，小臂和手腕之间为关节4，手腕部件还包含关节5，关节1到关节3为定位关节，手腕的位置主要由这三个关节决定；关节4和关节5为定向关节，用于改变手腕姿态，机器人每个关节均由伺服电机驱动，以实现机器人的整体运动。机器人视觉系统包括视频采集设备，视频采集设备需要给其提供5V的直流电源，功耗为2瓦，图像尺寸大小可调，最大图像分辨率为1280×1024像素，并且提供BNC插头和USB2.0接口，当USB2.0接口与外部PC机连接时，就在给CCD摄像机提供外部电源的同时又能完成视频的采集功能，从USB2.0接口输出的信号是数字信号计算机视觉软件就能通过调用安装的摄像机驱动程序中特定的API接口函数来控制电子快门实现CCD摄像机图像的采集控制操作；机器人视觉系统包括图像获取模块、图像处理模块、图像理解模块、图像存储模块，摄像机输出的信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有视觉系统的工业机器人，其特征在于，包括机器人本体、机器人视觉系统、机器人工控机以及控制柜；控制柜内安装了机器人的五个伺服驱动器，变压器，继电器和I/O端子板，工机器人控机为外部提供接口功能，将五个交流伺服电机连接好的五个交流伺服驱动单元分别通过进给驱动装置的接口XS30、XS31、XS34、XS35和XS36接入到工控机上，机器人各个关节上的行程开关、限位开关等系统外部的开关量则通过接到电柜里的I/O端子板上后，再经过一一对应从端子板引线通过XS10这个开关量输入接口接到工控系统中；该工业机器人的控制系统是由两个子控制系统组成的，下位机为工业机器人控制系统，用于控制机器人，上位机为机器视觉控制系统，用于控制CCD摄像机和图像的处理；该机器人视觉系统为基于单目视觉的Eye‑to‑Hand系统，将CCD摄像机安装在机器人工作台的正上方并安装在固定墙上的悬架上，通过CCD摄像机的USB 2.0接口与PC机相联接，在PC机上安装好ARTCAM 130MI CCD摄像机的驱动程序；机器人本体结构上主要由底座、腰、大臂、小臂和手腕五个部件组成；各部件之间的连接部分被称为机器人的关节或轴；底座与腰之间为关节1，腰与大臂之间为关节2，大臂与小臂之间为关节3，小臂和手腕之间为关节4，手腕部件还包含关节5，关节1到关节3为定位关节，手腕的位置主要由这三个关节决定；关节4和关节5为定向关节，用于改变手腕姿态，机器人每个关节均由伺服电机驱动，以实现机器人的整体运动。...

【技术特征摘要】
1.一种具有视觉系统的工业机器人，其特征在于，包括机器人本体、机器人视觉系统、机器人工控机以及控制柜；控制柜内安装了机器人的五个伺服驱动器，变压器，继电器和I/O端子板，工机器人控机为外部提供接口功能，将五个交流伺服电机连接好的五个交流伺服驱动单元分别通过进给驱动装置的接口XS30、XS31、XS34、XS35和XS36接入到工控机上，机器人各个关节上的行程开关、限位开关等系统外部的开关量则通过接到电柜里的I/O端子板上后，再经过一一对应从端子板引线通过XS10这个开关量输入接口接到工控系统中；该工业机器人的控制系统是由两个子控制系统组成的，下位机为工业机器人控制系统，用于控制机器人，上位机为机器视觉控制系统，用于控制CCD摄像机和图像的处理；该机器人视觉系统为基于单目视觉的Eye-to-Hand系统，将CCD摄像机安装在机器人工作台的正上方并安装在固定墙上的悬架上，通过CCD摄像机的USB2.0接口与PC机相联接，在PC机上安装好ARTCAM130MICCD摄像机的驱动程序；机器人本体结构上主要由底座、腰、大臂、小臂和手腕五个部件组成；各部件之间的连接部分被称为机器人的关节或轴；底座与腰之间为关节1，腰与大臂之间为关节2，大臂与小臂之间为关节3，小臂和手腕之间为关节4，手腕部件还包含关节5，关节1到关节3为定位关节，手腕的位置主要由这三个关节决定；关节4和关节5为定向关节，用于改变手腕姿态，机器人每个关节均由伺服电机驱动，以实现机器人的整体运动。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺雷，
申请(专利权)人：西安华航唯实机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61