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毕 业 设 计 （ 论 文 ） 设计 (论文 )题目 ： 搬运工业机器人视觉控制系统的设计 学生姓名： 胡燕南 指导教师： 王庆燕 二级学院： 机电学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 12电气单 学 号： 1205202035 提交日期： 2016 年 5 月 13 日 答辩日期： 2016年 5 月 18日 金陵科技学院学士学位论文 目录 I 目 录 摘 要 . III Abstract . IV 第一章 绪 论 . 1 1.1 工业机器人的研究背景及意义 . 1 1.2 国内外工业机器人的研究现状与发展趋势 . 1 1.3 视觉技术的应用和研究现状 . 2 1.4 课题主要研究内容 . 3 第二章 搬运工业机器人控制系统的介绍 . 4 2.1 工业机器人组成系统的介绍 . 4 2.1.1 机器人本体系统的组成 . 4 2.1.2 伺服系统的组成 . 7 2.1.3 视觉系统的组成 . 10 2.2 搬运工业机器人各功能介绍 . 11 2.3 本章小结 . 11 第三章 搬运工业机器人视觉 控制 系统的设计 . 12 3.1 视觉控制系统的工作原理 . 12 3.2 视觉控制系统的设计 . 13 3.2.1 视觉控制系统的组成 . 13 3.2.2 视觉信号的采集与处理 . 14 3.3 视觉信号传输 . 19 3.3.1 DeviceNet 模块部分的介绍 . 19 3.3.2 DeviceNet 通讯连接器的介绍 . 20 3.3.3 DeviceNet 软件的使用步骤 . 21 3.4 视觉功能实现 . 22 3.4.1 ABB机器人软件的操作步骤 . 22 3.4.2 台达 PLC编程软件的操作步骤 . 24 3.5 本章小结 . 错误 !未定义书签。 金陵科技学院学士学位论文 目录 II 第四章 视觉控制系统的调试 . 27 4.1 实物调试 . 27 4.2 本章小结 . 29 第五章 总结与展望 . 30 参考文献 . 31 附录 1： PLC 的 I/O表 . 32 附录 2：机器人的电气原理图 . 33 附录 3：机器人编程程序 . 37 致 谢 . 50 金陵科技学院学士学位论文 摘要 III 搬运 工业 机器人视觉控制系统的设计 摘 要 目前大多数工业机器人生产线的应用都是通过 预先编程 来 实现机器人 操作 。 机器人操作对象 的 初始 位置和最终位置是严格限制的。机器人 完成 的只是 点 到 点 之间的搬运 ， 对于不同的 工件 和 工件外部不同的环境， 机器人的操作则是无能为力 的。 在这种情况下， 将 机器 人 视觉技术 引入到 工业自动化生产线中去判别不同的操作对象 ， 确保 机器人 高效地 完成任务 是非常明智的选择。 本 文开发出新的工业机器人控制系统， 将计算机视觉技术应用于工业机器人装卸区、机械零件和周围环境的视觉信息的获取、配置等操作。 机器人视觉 技术 被添加 到 工业 机器人控制系统后，不仅提高了生产效率，而且还增强了工业机器人对环境的适应能力。 本文 设计了一种基于 搬运 工业机器人 控制 系统中加入视觉处理系 统的机器人控制系统。首先 对机器人抓取工件的运动轨迹 进行 了分析并实现了对 工件 坐标 的设定 ； 利用 485转 232 通信模块将视觉系统中得出的 数据传送给 PLC 进行处理；通过 DeviceNet 通讯总线实现了 PLC 与机器人控制器之间的通讯； 针对 实验的具体对象，设计了本抓的规划 ；以 ABB机器人编程软件、 和 台达 PLC 编程软件 为软件基础，以 DeviceNet 和 485 转 232 通讯 为硬件基础 ，实现了搬运工业机器人的视觉功能 。 关键词 ： ABB 工业机器人； DeviceNet 通讯； 485 转 232 通讯模块； 视觉系统 金陵科技学院学士学位论文 Abstract IV Application of multi function robot Abstract At present, most of the application of industrial robot production line is to teach and play or pre programmed to achieve the robot operation, such as the initial position of the object and the final position is strictly limited. The robot can only complete the action of the point to the point, and the change of the external parameters is powerless to the human bodys heating operation. This topic on the production line of industrial robot control system design and development, the application of computer vision technology in industrial robot handling operation area, machinery fittings and the surrounding environment visual information acquisition, from recognition to the objects of the operation and make decisions to guide industrial robot of object capture, configuration and other operation is completed. Industrial robot control system with the vision system, enhance the industrial robot with the ability to adapt to the environment and the development of robot application is very important. This paper designs a visual processing system of the robot control system in the industrial robot system based on ABB. First, accurate degree is high; the kinematics of the robot is analyzed and realized the target coordinate calculation; the 485 turn 232 communication module, the data transmission of the image processor in the visual system to the PLC for processing; communication between PLC and robot controller is realized through Device Net Bus; for grasping experiments of the specific object design claw clamping planning; to ABB Robot Programming software, and Delta PLC programming software based software, based on Device Net and 485 232 communication as the hardware foundation, the realization of the industrial robot multifunction. Key words: ABB industrial robot; Device Net communication; vision system; coordinate calculation金陵科技学院学士学位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪 论 1.1 工业机器人的研究背景及意义 机器人是一种应用非常广泛的 具有高附加值的数字控制设备 ，机器人技术的发展将对未来的生产和社会 的 发展起到强大的推动作用。 21 世纪 日本 创建机器人社会技术发展战略报告 指出， 机器人技术和信息技术，在加强产业竞争力方面是一个非常重要的战略性高新技术领域，培育和发展机器人产业，是 21 世纪支撑日本产业竞争力的重要产业，具有十分重要的意义。 近年来，工厂和企业引入工业机器人 提高 了 生产效率，保证 了 产品质量 ， 主要 应用 于焊接、装配、搬运、加工、喷涂、码 垛和其他复杂的操作。 1962年，国际上第一台工业机器人在美国诞生了，在此之后， 机器人技术及其产品开发 迅速 ，已 研发出 柔性制造系统（ FMS）、 自动化工厂（ FA）和计算机集成制造系统（ IMSC） 等。 工业机器人被普遍使用 ，因为它 不光光 提高 了产品质量和生产效率 ， 并且保障个人安全、节省原材料损耗 ，降低生产成本。 工业机器人像 计算机和网络技术 一样，已被广泛应用于人类生产中 。 随着机械、电子、计算机、通信、控制等学科在现代制造业中的应用不断扩大，工业机器人技术的应用也不断进步，逐步形成了机器人的自动化、智能化和网络化，使机器人的性能得到了提升，同时也促进了机器人应用范围的日益扩大。目前，工业上智能化、模块化系统 是智能机器人发展的重要方向， 主要体现在结构化、计算机网路化、数字伺服驱动技术的数字化与多元化、传感器融合技术的应用化等。 若使工业机器人能够准确地辨别物体并精确定位，需使机器人具有视觉感知功能，为此本文对搬运工业机器人的视觉控制系统进行了设计研究。 1.2 国内外 工业机器人的 研究 现状与发展趋势 我国科研人员和技术人员对机器人技术的研究相比于国外 而言较晚，但研究的进展速度很快， 在 工业、 科研 和 智能 等 机器人 方面 都取得了不错的研究成果 ， 并 生产 出 具有 不同功能的机器人 ，如 喷漆、焊接、点焊、装配、搬运等机器人。但与发达国家相比，仍存在一定的差距，如 可靠性不高 ， 应用领域 有限 ，生产线系统技术 仍需 提高 。 该设备 虽然被称为 “ 机器人 ” ，但从开发和应用的角度来看， 现有的机器人 仅仅 称为单台机器设备， 还没有充分体现智能化、系统化 和 网络化的要求。 在 工业自动化生产线的成套设备中， 机器人设备的应用占据主要位置，它发挥着不可抵挡的作用。 在充满电子、机械设备的社会，企业为了保证产品的质量，提高产品的生产效率 ， 将工业机器人和自动化成产线 融为一体 ， 进行运用。 世界各国的工业机器人实践 说明 ， 想要提高企业生产率和社会生产力，就必须 先 发展生产自动化，发展生产自动化才是解决问题的根本途径。 金陵科技学院学士学位论文 第一章 绪论 2 1.3 视觉 技术 的应用和研究现状 随着生产技术 的发展和科学技术的进步， 机器 人 视觉技术 的 研究已 得到 越来越广泛的关注， 并收获很大的研究成果，将研究出的大量技术成果运用在实际生产中， 能大大减少生产运营时间，减少不必要的人力损耗，节省企业成本。 国外的研究科研人员在 机器 人 视觉 技术上 已经做了大量的 科研 工作，并 获得 了 卓越 成果。 例如， 日本 的科研人员 运用视觉传感器和神经网络 ， 构建成图像处理系统加入 弧焊机器人 的 控制系统 中 ， 得出 焊缝 图像 数据 ，提高 焊缝跟踪的有效性。澳大利亚西部大学的遥操作机器人是一个 可以六轴自由旋转的工业机器人，在机器人本体上还装有摄像机便于使用者拍摄图片进行保存 ，并对保存的图片进行图像处理， 通过 图像处理后的数据可以在空间坐标上显示积木的具体位置。 日本 FANUC 的超快速双臂工业机器人系统 如图 1.1 所示 。该系统 具有 视觉跟踪 和机器人手臂操作两大系统。该机器人工作效率 可达 每分钟 能 完成 8个武器的抓取，可以 每天 24小时 处于工作状态 。 ABB 公 司 生产 的采摘机器人 IRB360（如图 1.2所示）， 在 简单的二维视觉系统帮助下，工作速度可达 2次 /秒 拿起传输带上的操作对象 。 在 船舶螺旋桨的生产过 中利用 芬兰 RTS 公司 研发出 的机器人 视觉系统 ， 通过机器视觉 系统传送出来的数据 对 螺旋桨叶片 进行 精密磨削。 图 1.3显示了码垛机器人的工作 生产线， 它适应环境的本领很强大，可以快速准确的捕捉到操作目标。 图 1.1 ANUC 公司的超高速双臂工业机器人 图 1.2 FLEXPICKE 公司 的 ABB 工业机器人 金陵科技学院学士学位论文 第一章 绪论 3 图 1.3 芬兰 RTS 公司开发的机器人视觉系统 1.4 课题主要研究内容 在工业自动化生产中，工业机器人的存在是不可缺少的 。 当今社会， 将 工业机器人设备 应用到自动化生产 己变的不足为奇， 工业机器人 设备 的应用越来越普遍，其 发展趋势将成为工业机器人发展领域中新的 突破 。目前大多数工业机器人在生产线上所完成的动作，只是点到点之间的运动，并不 能随着工件、工件环境的变化，而做出相应的操作。在这种情况下， 机器人视觉技术 的引用就显得非常重要。 本文 研究 的 主要内容 是 开发 和设计 工业自动化生产线上的搬运工业机器人控制系统，利用计算机视觉技术设计出机器人视觉控制系统， 将视觉控制系统添加到原有的机器人控制系统中，形成一套新的搬运工业机器人控制系统， 让机器人 不仅能时刻 掌握工件周围 的环境 ，还能 识别出所要抓取的工件 或 机器人配置的工具。 本 文主要由以下 5个章节组成，具体概括内容如下： 第一章介 绍国内外工业机器人的研究现状以及视觉工业机器人的研究与应用；第二章介绍 搬运工业机器人控制系统的组成 、各组成 部分的作用以及搬运工业机器人能够实现的主要功能； 第三章给出 搬运工业机器人视觉控制系统 的工作原理、组成部分、工作流程图以及实现视觉功能的具体操作步骤；第四章 对搬运工业机器人视觉控制系统进行调试，给出相应的调试结果 。金陵科技学院学士学位论文 第二章 搬运工业机器人控制系统的介绍 4 第二章 搬运 工业 机器人 控制 系统的 介绍 本文涉及的搬运 工业机器人系统由机器人 本体 系统、伺服系统、视觉系 统组成。 工业机器人目前 可以 实现工件装配功能、工件焊接功能、工件打磨功能、画笔功能和工件码垛功能 。 2.1 工业机器人组成系统的介绍 2.1.1 机器人 本体 系统的组成 机器人 本体 系统由机器人本体、机器人控制柜、控制器电缆、示教器、 DeviceNet 通讯总线、数字输入输出信号板 以及机器人 编程 软件这七部分组成。 各组成器件 的型号、规格如下表 2.1。 表 2.1 机器人系统元器件清单 名称 型号规格 机器人本体 IRB 120-3/0.58 机器人本体（石墨白），臂长 0.58 米，有效负载 5 公斤 控制器 IRC5 紧凑 控制柜 控制器电缆 机器人本体到控制器之间的电缆长度 3 米 示教器 示教盘附带 10 米电缆，具中文操作界面 通信总线 DeviceNet 通讯总线 数字输入输出信号板 数字式直觉 24V 16 进 /16 出，输入、输出信号板 机器人软件 机器人基本控制软件， 6.0 版操作系统 本文中 ，机器人本体选用 的是 ABB IRB 120 六轴机器人（如图 2.1 所示）；伺服电机选用的是台 达 ASD-B2-0421-B； 伺服驱动器选用的是 台达 ECMA-C20604RS。机器人 主要是由 6个轴（关节）组成，每个关节的运动，都是由伺服电机进行驱动，以实现机器人的整体运动 。 ABB IRB 120 六 轴机器人的特点如下： （ 1） 轻量化 IRB 120 是目前最小的机器人， 仅有 25公斤， 凝聚了 ABB 产品系列的所有功能和技术。金陵科技学院学士学位论文 第二章 搬运工业机器人控制系统的介绍 5 （ 2） 易整合 IRB 120 小型工业机器人重