择要：针对传统PC构件手工拆装模出产功课职员多、占地面积年夜跟工位利用率低的生产方式，联合机器人运动控制技术、激光扫描技巧跟图象感知技巧，提出了一种基于3D视觉引诱的直角坐标系机器人体系。正在论述视觉引诱机器人自动拆装模具原理的根底上，计划了一种针对混凝土预制构件拆装模具的四自由度直角坐标系机器人体系，开辟了基于EtherCAT总线的分布式节制软硬件体系，并停止工场实际出产测试。测试结果表明：该机器人可以间接由图纸驱动自动实现PC构件的拆模跟装模等焦点出产进程；模具辨认准确率高于99.5%；单个模具的装模节奏少于20s；抓手中间反复定位精度到达±1mm。为混凝土预制构件拆装模实现齐自动化功课供给了完全解决方案。
近年来，跟着经济的快捷开展，劳动力本钱的回升，预制构件加工精度与质量、装配式建筑施工技巧跟管理水平的进步和国度政策因素的鞭策，预制装配式修筑显现快捷开展的态势[1]。混凝土预制构件是实现修筑主体布局预制的根底，而以后海内PC构件生产线配备的自动化程度近不克不及知足室第工业化的开展需要[2]。按构件图纸外形跟尺寸停止模具拼接跟组装、构件出产实现后的模具荡涤与收受接管等进程是PC构件出产的焦点环节[3]。现阶段，海内PC生产线次要以手工或机器帮助拆装模为主，而外洋用于拆装模具的机器人价钱高且不克不及顺应海内出筋构件的出产。
为此，本文提出一种基于3D视觉引诱的直角坐标系机器人体系，并正在此基础上开辟了用于拆装模具的机器抓手、用于出产出筋构件的模具和其他帮助机构。最初对全部机器人体系停止了实际出产测试与剖析，无效进步了体系的控制精度跟节奏，完整知足PC生产线关于拆模跟装模的齐自动化出产需要。
1机器人本体结构设计
正在工业机器人范畴中，直角坐标机器人是存在多个自由度的一种典范多用途工业机器人，各自由度可建成空间直角关联，该机器人运动简略，承载能力强[4]。本文所计划的直角坐标机器人有4个自由度，可能动员机器抓手正在三维空间中沿X轴、Y轴和Z轴停止程度挪动，Z轴上的抓手可以盘绕Z轴停止扭转。
所述直角坐标机器人本体布局模子如图1所示，次要由三轴联动龙门架和装置正在三轴联动龙门架上的机械手跟模具辨认传感器模块构成，此中三轴联动龙门架包罗X轴桁架、Y轴导轨、YZ滑台跟Z轴导轨。机器人中的4个枢纽由4个伺服电机停止驱动，经由过程现场总线实现机器人的精确定位、PC构件出产的模具装配后辨认收受接管、画线、装模等事情，极大进步了出产服从，可根绝人为因素招致的产物尺寸偏差颠簸年夜，制止出产安全隐患。
1.X轴桁架2.Y轴桁架3.Z轴桁架4.R轴扭转抓手5机器人控制柜图14轴直角机器人本体布局
机器抓手布局如图2所示，次要由抓手主体、夹抓模块、敲磁钉模块、中间定位模块跟画线模块构成。抓手主体上绝对装置有两组夹抓模块，两组夹抓模块内离别装置敲磁钉模块，定位模块与抓手主体毗邻，画线喷油模块与定位模块毗邻。夹爪、敲磁钉跟中间定位模块均为气动布局，正在抓手进气管讲上装置有压力检测传感器，担任检测体系压力是不是正在平安规模内。
1.中间定位插销2.喷墨画线机构3.激光测距传感器4.敲磁钉气缸5.高低气缸6.压力传感器7.电磁阀岛8.抓手机构图2拆装模机器人抓手布局
23D视觉体系计划
2.1体系构成
所计划的视觉体系硬件以PC作为控制中心，由200万像素工业相机、半导体线激光器和响应的传感器固定装置构成。系统软件为基于Opencv开辟的对应的线激光处置惩罚算法。工业相机跟半导体线激光以流动的角度跟高度装置正在拆装模机器人Z轴。体系运转时，激光器收回一条布局光映照正在待扫描事情台上，经由过程拆装模机器人X标的目的匀速挪动实现对全部工作台模具的扫描，天生点云图象，颠末图像处理后输出模具的角度跟坐标信息，以便于机械手拆模。
2.2丈量原理
所搭建的3D视觉体系基于布局光丈量技巧，采取激光三角测距原理[5]，如图3所示，线激光映照正在被测物上概况，被工业相机吸收，面A、B是激光束正在分歧高度的被测物概况上的中间地位，面A′、B′是工业相机靶面上的像面，面A所在的立体设为基准面，AO的距离已知，由此可计较出高度H。
图33D视觉系统结构示意图
机器人带着模具辨认传感器模块以流动速率沿X标的目的运动至全部事情平台扫描完毕。
2.3点云图象处理
起首将相机标定至机器人坐标系下，每一帧图像中激光线上X标的目的的面由机器人地位给出，Y标的目的的点取相机像素坐标，Z标的目的的高度值H可以计较得出，经由过程接连扫描全部工作台，失掉事情台上一切像素点的三维点云。
为进一步供出三维点云对应的模具特点信息，须要将三维点云停止立体模子投影滤波，将三维点云投影到Z=0也就是X-Y立体上[6]。点云投影并不克不及间接获得模具特点，转换实现的二维图象须包括每一个面的深度，可用灰度图颜色的深浅去默示原点云数据的深度。经由过程设置公道的灰度(深度)阈值失掉事情平台的二值图像。
由三维点云求解失掉的二值图象存在良多噪点和小的孔洞，这些皆会影响终极模具辨认的准确性，可以经由过程二值图象的根本形态学运算办理这些滋扰。起首经由过程对图像腐化可能溶解连通区域的鸿沟，取舍得当巨细跟外形的布局元素，可以滤撤除一切不克不及完整包括布局元素的噪声面[7]。腐化后的模具图像会变得比原始图像更肥大，是以腐化后的图像须要再停止收缩复原，以使图象的表面变得润滑，终极求解出方针模具的外接矩形表面。
2.4拆模门路计划
由上可以失掉每一个模具正在X-Y立体的中间坐标跟角度。每一个模具存在同一的高度，机器人依据此中心坐标跟角度便可以停止抓取后收受接管。机器人须要遍历每一个模具的中间一次，使机器人遍历的门路最短等价于求解加权完整无向图中接见每一个极点的总权数最小的闭路，又称之为最优哈密顿回路[8]。现阶段借不一种无效的算法去求解最优哈密顿回路，可利用近似算法办理该问题[。起首随意率性拔取此中一个结点作为出发点，每一步皆探求离上一步距离最短的面作为下一个结点，终极可以失掉机器人近似最优门路轨迹。
3机器人控制系统计划
3.1体系总体设计
拆装模机器人控制系统硬件布局如图8所示.拆装模机器人次要节制跟检测的工具为直角机器人X、Y、Z跟R轴伺服电机、机器人主站模块、模具运送体系、工作台清算体系跟机器抓手模块。拆装模机器人体系次要由运动节制下位机、3D视觉模块、当地上位人机交互体系跟中控室MES体系的机器人经管模块构成。
3.2系统软件实现
针对体系硬件的设计方案，用ST布局文本语言正在TwniCAT中编写机器人节制主程序、机器人跟MES体系通信接口顺序和机器人跟上位机HMI通信接口顺序。
快速分拣机器人的价格体系使命类型跟构件图纸数据由中控室MES体系下发，次要分为扫描拆模跟绘线装模两种使命类型。扫描拆模：机器人收到使命后会断定模具缓存库空位是不是充足，如有充足的库位则间接启动机器人跟3D视觉体系匀速沿X标的目的扫描全部模具平台，失掉平台上每一个像素点的3维坐标值，并进一步提取模具特点，失掉平台上一切模具正在机器人坐标系下的中间坐标、角度跟长度，按最短门路准则天生机器人拆模运动轨迹；绘线装模：起首对MES下发的图纸数据停止完整性跟正确性校验，数据无异常则按构件中表面、预埋件表面坐标分类存储正在机器人顺序内存中，依据中表面外形特点跟边长得出每条边的最优模具拼接组合，依据预埋表面的外形信息得出机器人X、Y两轴直线跟圆弧插补举措表，最初依据模具实际库存数据天生机器人运动轨迹。
体系当地上位机人机交互界面基于开辟。Qt存在优越的结构化、灵巧的面向对象的布局和明晰的文档跟直观的API，为开辟跨平台桌面应用程序人机交互界面供给了优越的撑持[11]。利用倍福公司供给的ADS通信和谈实现控制器与上位机HMI及MES体系通信。ADS正在传输层上利用的是TCP和谈，撑持句柄间接接见变量数据，可能便利实现PC跟控制器的通信，从而实现控制系统运转时与人机界面的数据交换。
体系触模屏次要由操作员登岸、出产监控、系统管理、使命列表跟扫描辨认等监控画面构成。
点击左上角的Logo图标便可返回机器人体系主界面，从主界面可以快捷进入其他各界里：出产监控界面可以动态显示MES体系下发的图纸、每一个轴的运动形态和出产进度；系统管理界面次要实现模具、模具库经管和要害地位的示教；使命列表界面用于显现机器人门路计划的成果；扫描辨认界面用于3D视觉辨认成果及门路计划信息显现。机器人出产监控界面如图12所示。
图11人机界面节制窗口关联图
图12当地上位机HMI出产监控界面
4试验剖析
机器人抓手中间装置有一个用于绘构件轮廓线的自动喷液机构，可以将构件图纸表面正在事情平台绘出来。抓手中间Z标的目的装有一个激光测距传感器，次要用于检测濒临方针物体的距离并反应给控制器停止决策控制。激光传感器的性能参数如表1所示。
试验1：将激光传感器离别装置正在激光指向X、Y、Z轴标的目的上校准后停止定位测试，将被测尺度立体块流动正在事情台上停止测试，机器人反复定位精度测试成果如表2所示。
分拣机器人是谁发明的表2中Δd为节制某个轴运动指定位移后激光测距的变更量，测试失掉的最大绝对误差是0.7mm，由此可知抓手中间反复定位精度可到达±1mm。
试验2：将出产用的模具随机放在畸形出产用的事情平台上(保障模具没有超越视线鸿沟)，让机器人自动扫描辨认并抓取收受接管。接连测试10次，每次摆放的模具很多于30个，失掉模具辨认抓取测试成果如表3所示。
由试验成果可知，正在319个随机摆放的样本测试中，第9次试验中有1个模具中间坐标辨认没有精确招致该模具未能精确抓取收受接管，机器人产生毛病（模具是不是能胜利被抓取是中间坐标是不是辨认精确的根据，正在角度同等的环境下，抓手计划的抓取容许偏差为±4mm）。由此可知体系模具精确识别率优于99.5%。
5论断
生产智能分拣机器人的上市公司本文针对PC构件出产中人工装模跟拆模服从低、工位多、占地面积年夜等问题，计划了一种基于3D视觉引诱的机器人自动装拆模体系。出产试验结果表明：
1）该体系翻新开辟了一种低成本的激光扫描3D相机模具识别系统，其精确辨认抓取率优于99.5%。
2）翻新创造了一种出筋新型模具，开辟了Allplan跟CAD构件图纸深度解析接口，真正实现了由图纸间接机器人停止柔性拆装模自动化出产，顺应海内出筋跟不出筋PC构件柔性出产需要。
3）开辟的通用线扫3D辨认物料跟引诱机器人定位系统可快捷使用正在其他视觉引诱机器人停止搬运、码垛等场所，为修筑等其他视觉辨认使用机器人供给了办理思绪。该机器人曾经正在海内多条PC生产线失掉优越使用，无效进步了PC构件出产的自动化程度。
参考文献
[1]王星.室第产业化中PC预制构件的技巧使用[J].室第与房地产2018(2):108.
[2]杨立胜.室第产业化PC预制构件技巧使用研讨[D].武汉：湖北工业大学2017.
[3]邵海东.我国修筑工业化开展近况与思虑探析[J].中国建材科技201726(3):86，87.
[4]陈彦宇田东庄许翠华等.基于PLC直角坐标式机器人控制系统的计划[J].自动化仪表201839(4):42-45，50.
[5]ZhangZiliWuGuanghuaWangQiyueetal.Anautomaticlarge-scale3Dcoordinatemeasurementsystembasedonvisionguidance[P].SPIE/COSPhotonicsAsia2016.
[6]JiaChaochuanYangTingWangChuanjiangetal.Anewfastfilteringalgorithmfora3DpointcloudbasedonRGB-Dinformation.[J].PloSone201914(8).
[7]赵继红俞和权.猜测跟踪一种二值图像的表面跟踪方式[J].自动化学报1990(5):470-472.
[8]YvonneKemperJimLawrence.Theodd–eveninvariantandHamiltoniancircuitsintopegraphs[J].EuropeanJournalofCombinatorics2018.
[9]王亚丽徐晨东.一种基于关联矩阵断定图的哈密顿性及求解哈密顿回路的算法[J].宁波大学学报(理工版)201831(2):83-88.
[10]张颖平雪良王晨学等.ROS下基于EtherCAT的串连机器人控制系统[J].传感器与微体系201837(3):106-109.
[11]沈炜王晓聪.基于Qt的嵌入式图形界面的研讨跟使用[J].工业节制计算机201629(1):.
[12]杨勇军龙辛王纪新.EtherCAT收集中非周期信息的及时调理[J].机械工程与自动化2017(3):69，70.
分拣机器人应用现状北京分拣机器人排名分拣机器人机械臂
相关文章
排行榜
最新看点
编辑推荐
