《基于虚拟仿真的工件机器人分拣工作站系统硬件选择综述》

基于虚拟仿真的工件机器人分拣工作站系统硬件选择综述目录TOC\o"1-3"\h\u20209基于虚拟仿真的工件机器人分拣工作站系统硬件选择综述 1299641..1工业相机的选择 1153021..2光源的选择 283601..3分拣机器人的选择 2231111..4车轮驱动方式的选择 3313041..5机器人抓取物块方案的选择 4252401..6颜色识别方案的选择 49911..7机器人分拣工作站总体设计 41..1工业相机的选择在整个在虚拟系统当中，图像采集是整个系统的基石。而图像采集工作是通过工业相机来完成。工业相机作为虚拟仿真系统的核心部件，其本质功能就是将输入的光信号转化成电信号输出，相机的性能直接决定了采集到图像的质量、清晰度以及系统的稳定性。工业相机相比普遍相机有着更高的稳定性、更强抗干扰能力和超强传输功能。我们在选择工业相机时，需要考虑以下几个步骤：焦距、最大帧率、像素深度、工作距离、感光度。本项目选用高清数码相机MV-1300UM。参数如下：分辨率1280*1024，帧率15fps，像素大小5.2μm*5.2μm，视野FOV为64mm*48mm，物距128.3mm，失真<0.07%，网格分辨率0.4μm，精度±5μm，传感器类型：噪声级，信噪比>45db，动态范围：60db，电源功率要求：5V，功耗<2.25w，外形尺寸53*54*54。综合选用德国TheImagingSource公司的工业相机DFK33G445。该款相机传输性能极强。就算将数据传输扩大到100米以外也能够很好的吸收数据。同时还提供了多项输入输出、同步闪频与外触发等选项。能够满足不同的虚拟触发要求。相机的帧率最高可达30pfs，完全满足本系统中传输机构的运动速度。镜头则选用TheImagingSource的HO514-MP2百万像素光学镜头。图1.相机参数1..2光源的选择光源在该系统中的功能是将光线投射到等待检测的物体上，投射完成后对区分物体的对比度，好的光源能够改善整个系统的分辨率，减轻后续图像处理的压力。不合适的光源，会给系统带来很多麻烦。如工业相机的过度曝光。光源系统能够控制的也就是折射和散射两种方式，这两这取决于光源的类型和光源放置的位置。光源的均匀性是虚拟仿真系统的首要要求，而且光强随距离和角度会衰竭。其次是光源的光谱，光谱主要是取决于光源类型或镜头的滤光片性能。我们在生活中常用的照明光源有：卤钨灯、荧光灯、LED等。在虚拟仿真系统中，综合考虑其光谱特征、效率及费用，一般优先选用LED作为照明光源，其节能省电的功能被人群广泛接受并使用。常用的照明方式有前光源、背光源、环形光源、点光源、可调光源等。背光源主要应用与被测零件的轮廓检测，且背光源在照射被测物体时，会形成不透明物体的阴影，使其不能够观察到内部的待测物体。而前光源通常是放在待测物体上方的光源，又分为高角度和低角度。在选择的时候，要考虑到被测物体便面的物体的肌理并选择相对应的光源。再就是环形光源，环形光源通常采用LED按圆周排列，能够为待测物体提供大面积的均衡的照明，而且环形光源的优点就是可以直接安装在镜头上。它的优点就是可以实现大面积的照明，对待测物体表面的肌理更是反射很好。1..3分拣机器人的选择工业机器人是虚拟分拣工作站的核心组成部分，是系统的执行机构，它性能的优劣直接决定着分拣工作站的分拣速度上限以及系统的准确性、稳定性和可靠性。工业机器人有很多种类型，如：焊接机器人、喷涂机器人、切割机器人、搬运机器人、分拣机器人等等。在选择机器人的时候我们要注意各个机器人用途的不一样其工作性能也大相径庭。就好像搬运机器人能承载的物品比较重，负载力很大；而分拣机器人能够快速准确的抓取待测的运动目标，这就更适合分拣。除此之外，在选择时，还需要机器人的最大负载力、最大运动范围、最快的运动速度、机器人的工作范围、机器人重复复位的精确度。最大负载力：机器人末端可承受的最大重量。对待测物体的重量的选择也有限制。最大运动范围：指机器人在工作时运行的最大范围，这关乎到待测物品的摆放距离。最快的运动速度：指的是机器人运动最快时达到的速度是多少。重复复位的精确度：复位是指机器人在完成一个动作以后再回到原来的地方。在完成一个动作继续完成一样的动作。重复复位的份分拣定位要求小于1mm，而且机器人的重复复位的精确度越高越好。所以经过慎重的选择。我们选择瑞士的分拣机器人做相关研究。考虑到ABBIRB360和FANUCM-2iA分拣机器人性能都不错，所以我们就对他们做了一个简单的分析。详细的技术参数如下表所示。图1.2分拣机器人技术参数1..4车轮驱动方式的选择在该设计中，考虑到该分拣工作站的需求分析，需要对小车运动和转向控制的精度要求非常高，所以在选择的时候，选择小车车轮的驱动电机类型选择关乎到整个分拣工作站流程的实现。在做了一些比较与分析过后，发现虽然直流电机驱动简单方便，但是其精确度较差，而且再进行工作的时候的系统对小车转向控制非常困难；而正好步进电机能够根据系统设定好的输入脉冲个数从而控制小车转向的角度，该方法比较实用，且正好适用该系统而且控制简单其成本也较低，只是精度仍然较低；该系统对伺服电机比系统对前两种电机的控制相当的复杂，但可实时地检测电机的速度，控制精度较高，最终在该设计中选择PARALLAX型伺服电机作为小车前车轮的驱动电机，小车后轮则采用随动万向轮起到平衡作用。1..5机器人抓取物块方案的选择机器人抓取物块的方法及过程是机器人实现分拣工作站的重要步骤。而机器人在抓取时用机器手来实现。而机械手的种类非常多、有电动式、气动式、液压式、机械式等，但是通过对比分析之后发现，除了成本高，机械手的结构也比较复杂，不能很好地安装和识别工作过程的实施和操作。根据所选小车的结构和材料的形状，利用小方向盘制作的线钩来实现类似机械手的功能。当小车处于物料位置时，单片机向小型转向装置发送信号，将物料和铁丝钩钩在小车自身的前爪上进行固定。如果在推动物体块前进的同时汽车转弯，小方向盘会升起铁丝钩，汽车将继续移动，直到材料被推进到位。汽车重复这个动作来完成运输工作。1..6颜色识别方案的选择机器人要搬运的物料有绿、白、红、黑、蓝五种颜色，因此准确地识别出物料的颜色非常重要。任何颜色都是由红、蓝、绿三种基色按照不同的比例组成的，然后根据每一种颜色的红、蓝、绿的大小来区分材料的颜色，在设计中可以使用TCS230颜色传感器。TCS230可以在不需要ADC转换的情况下实现每个彩色通道10位以上的分辨率。它包含许多可通过编程配置的硅光电二极管阵列，包括电流/频率转换。TCS230传感器的曝光范围为250～1，输出序列为2Hz～500kHz，与光强呈线性关系。波形为50%占空比的方波，用户可通过程序输出选择频率，TCS230的输出和输入脚可直接连接单个白、红、黑、蓝、绿或其他逻辑电路。通过对引脚的输入信号进行编程，可以调整滤波器的颜色。只输出特定的原色，识别待检对象中的红、蓝、绿成分。1..7机器人分拣工作站总体设计为