毕业设计（论文）-平面多关节SCARA机器人搬运应用机器人本体部分.doc

毕业设计毕业设计平面多关节SCARA机器人搬运应用机器人本体部分姓名：学号：班级：13电气1专业：电气工程及其自动化所在系：自动化工程系指导老师：平面多关节平面多关节SCARASCARA机器人搬运应用机器人本体部分机器人搬运应用机器人本体部分摘要从生活中我们知道，工业机器人自动化生产在生产生活中占重要地位，我国国内市场需求也在行业转型的推动下迅速增长，2014年就成为全球最大的机器人市场。我国现在已是全球最大制造业国家，有全球工厂的称号，但是很大程度都是国内制造业当中大量的劳动密集型产业供献出来的。对我们来说，现在这个阶段如果想要保住我国在全球的市场地位，必定要进行相关的技术大升级，大力发展劳动生产力。机器人技术现今广泛应用于工业生产等行业实现了替代人力工作。平面多关节SCARA机器人，也叫关节手臂机器人，是现阶段工业生产中最最普遍的工业机器人的形式。大量劳动密集型行业正在使用关节机械手臂设备替代人工操作流水线作业，使生产方式得以革新，效率大大提高。近年来，每个发达国家纷纷制定符合自己国家工业发展的复兴计划以加强自己国家制造业的竞争力。将来，机器人技术必将成为引领世界工业再发展！本次设计采用YAMAHASCARA机器人完成生产线输送搬运。为实现准确的物料追踪及抓取，设计了相应的识别及追踪方案，采集位置及运动轨迹，进行插补计算。视觉识别系统在许多行业中已得到应用。通过视觉识别系统，可在高速连续的生产线上准确的抓拍物体的平面坐标及旋转角度。通过计算机技术、相应的YAMAHA机器人语言和YAMAHA机器人设计软件（RCX-STUDIO、IVY2STUDIO等），结合YAMAHASCARA机器人手册、YAMAHA追踪设计手册和YAMAHA视觉使用手册完成相应的设计。关键字:工业机器人YAMAHASCARA机器人视觉识别系统PlanarMultiJointSCARARobotHandlingRobotBodyPartABSTRACTWeknowfromlifeindustrialrobotautomationproductionoccupiesanimportantpositionintheproductionoflifetopromoteChinasdomesticmarketdemandintheindustrytransationoftherapidgrowthin2014tobecometheworldslargestrobotmarket.Chinaisnowtheworldslargestmanufacturingcountrythetitleoftheworldsfactoriesbutalargepartofthedomesticmanufacturingindustrywhichisalargenumberoflabor-intensiveindustriestooffer.Forusatthisstageifyouwanttopreservethestatusofourcountryintheglobalmarketitisnecessarytocarryouttherelevanttechnicalupgradingandvigorouslydeveloplaborproductivity.Robottechnologyisnowwidelyusedinindustrialproductionandotherindustriestoachievethereplacementofhumanwork.PlanarmultijointSCARArobotalsoknownasjointarmrobotisthemostcommonofindustrialrobotsinthecurrentstageofindustrialproduction.Alargenumberoflabor-intensiveindustriesareusingjointmechanicalarmequipmenttoreplacethemanualoperationoftheassemblylinesothatthemodeofproductioncanbeimprovedgreatlyimprovedefficiency.Inrecentyearseachdevelopedcountryhasdevelopedaplantomeetthenationalindustrialdevelopmenttoenhancethecompetitivenessofthenationalmanufacturingindustry.Inthefuturerobottechnologywillbecometheleadingindustryintheworld!ThisdesignusesYAMAHASCARArobottocompletetheproductionlinetransportation.Inordertorealizetheaccuratematerialtrackingandgraspingthecorrespondingrecognitionandtrackingschemeisdesignedandthepositionandtrajectoryarecollected.Visualrecognitionsystemhasbeenappliedinmanyindustries.Throughthevisionrecognitionsystemtheplanecoordinatesandtherotationangleoftheobjectcanbeaccuratelycapturedonthehighspeedcontinuousproductionline.ThroughthecomputertechnologythecorrespondingYAMAHArobotandYAMAHArobotlanguagedesignsoftware(RCX-StudioiVY2Studioetc.)combinedwiththeYAMAHASCARAmanualYAMAHAtrackingrobotdesignmanualandYAMAHAvisualmanualtocompletethecorrespondingdesign.KeyWords:IndustrialRobot；YAMAHASCARARobot；VisualRecognitionSystem.目录第一章绪论11.1课题的研究目的与意义11.2工业机器人的市场需求11.3国内外发展现状21.4主要研究内容及本文基本结构3第二章课题设计方案的选型52.1SCARA机器人的优势52.2计米轮和编码器介绍62.3控制系统单元72.4机器人视觉系统82.5小节10第三章SCARA机器人系统硬件的设计113.1视觉识别系统硬件分析113.2视觉识别系统主要硬件选型113.2.1选择具体的主体控制器类型123.2.2相机的选择与应用介绍123.2.3机器人选型153.3雅马哈控制器RCX340153.3.1RCX340的外观153.3.2控制系统173.3.3RCX340控制器电源连接173.3.4输入输出接口183.4小节20第四章SCARA机器人视觉控制系统软件设计214.1控制系统工作流程214.2IVY2Studio使用步骤224.3IVY2系统的软件设置224.3.1iVY2单元的连接设置224.3.2确认电脑与iVY2单元的连接234.3.3使用iVY2Studio前的设置244.3.4连接IVY2Studio与iVY2单元294.4详细追踪说明304.4.1参数说明304.4.2摄像机标定和输送机校准方法314.5程序设计324.5.1程序的编写324.5.2程序的检查344.6小节36第五章总结与展望37参考文献38致谢39天津理工大学中环信息学院2017届本科毕业设计说明书第一章绪论1.1课题的研究目的与意义本课题的主要来源是人们在生产实践中对工业机器人的需求。随着社会快速发展，机器人在各种行业中扮演了各种角色，同时也因为科技的快速进步，工业机器人的需求量变得日益增长。出于这个原因，传统人工作业在与其相比较下的局限性和缺陷体现的也日益突出。因为工业自动化智能技术一天又一天的进步和发展，工业机器人越来越成为国内外高新技术企业研究的智能技术产品，并将其应用和推广到生产生活的方方面面。工业机器人技术的产生和发展有它的必然性。人们越来越多的使用工业机器人，机器人从而不断改变着人类的工作和生活方式，智能机器人技术也可能引领人类的第三代工业革命的。“十三五”时期是我国机器人行业发展的重要时期，应该把握国际机器人产业发展趋势，整合优势机器人的资源，制定相关发展对策，抓住机器人行业发展机遇，营造机器人行业良好发展环境，促进我国机器人产业实现又快又好的发展。机器人行业的发展受到地球各国的密切关注，我国在许多发展规划中设置了机器人行业相关发展规划，鼓励机器人行业健康快速稳定的发展。如何让机器人又快又好又稳定工作起来，就需要对各种学科进行探索。来保确定机器人能正常工作，并遵从人们所预想的动作去行动。这样需要控制系统、驱动系统和感知系统实现以上功能。机器人是一个特别特别让人难以理解的系统工程，是很多很多的知识组成。1.2工业机器人的市场需求如今，因为工人工资不断上涨，生产领域大家普遍开始使用机器人代替工人，由此工业机器人的市场开始变大。地球各个国家争先恐后研究、规划、制定符合自己国家工业发展的复兴政策来增强自己国制造业的能力。美国再工业化和工业互联网战略、德国工业4.0战略、日本机器人新战略、欧洲火花计划、韩国机器人强国战略、新工业法国、中国制造2025战略，全部将发展重点瞄向机器人。机器人将对全球科技创新和产业格局带来重大的影响。我国工人工资相比几年前的翻了好几倍，在如此的情况下，使用机器人变换成为智能生产，也是我国的战略。天津理工大学中环信息学院2017届本科毕业设计说明书国内企业引入机器人既能减少用工成本，又可以提升生产效率和产品质量。据数据，2010年，我国工业机器人销量为1.50万台；2011年达到2.26万台，同比增长50.7%；2013年达到3.66万台，同比增幅达60%；2014年达到5.71万台，同比增长56%，占全球销量的四分之一；2015年达6.6万台，占全球销量的27.02%；2016年达8.2万台，占全球销量的28.18%。如我国已经连续五年成为地球上工业机器人买入量最多的国家。现如今这个阶段，机器人产业发展在全地球范围内加速，大概2017年的全世界工业机器人卖出量将继续大幅度的增长，卖出量也许飙升至30万台。1.3国内外发展现状目前，国内外工业机器人的技术发展水平差距很大，一些发达国家的机器人技术远远先进于国内。现如今这个阶段国际机器人市场估计有82亿到110亿，尤其是工业机器人占比最多。大概到2025年，整个工业机器人市场将达到500多亿，服务机器人从原来的300多万台增到1200多万台，美利坚合众国和日本国一直代表着工业机器人发展方向，是地球上工业机器人方向的最完美水平。现今这个阶段全球卖出的10000多台军事方面的机器人有70%来自美利坚合众国。美利坚合众国最近研发的军用机器人，表示拿起120公斤很轻松，而且还能运动的跟人行走速度一般，也就6kmh，能够自由行动于各式各样的地方，就算旁侧受到敌人进攻，还可以继续完美运行，非常靠谱。我国的机器人相关技术发展大体可以分为三个阶段。从20世纪80年代开始起步，1990年开始展头露角并得到了一定的发展，在21世纪初开始进入到机器人加快生产的时代。21世纪第十年后，我国工业机器人在工厂工作的情况越来越普遍，在这个阶段工业机器人生产链开始又快又好的发展了。在我国攻关和我国工业机器人加速发展等计划支持下，1990年开始，一部分有自己专利的焊接、组装、抓取、搬运、堆垛等高科技工业机器人全面出世，使得我国工业机器人在生产生活的方方面面都走出了重要的一步步。现今这个阶段，国产工业自动化机器人开始大批大批的出口，国内各种各样的工业自动化机器人企业拥有了毁天灭地的技术实力，2014年国产工业自动化机器人销售总量轻轻松松的超过12000多台。在这种情况下，我国政府继续无条件努力支持工业自动化机器人产业的建设，如今凭借我国相关政策已经形成了以安徽埃夫特机器人公司、广州数控机器人公司、广东拓斯达机器人公司等为行业代表的众多工业自动化机器人公司，使我国加快推进工业机器人产业建立了坚实的地基。21世纪第13年，由我国政府联合各家工业自动化机器人公司组成了中国工业自动化机器人研发生产销售技术支持同盟会。同盟会将以各家的生产线为依托，汇集各家有创意的设计、实行取其精华，去其糟粕政策、牵手共同面对、有钱一起赚的协同作战的方式，一起提升产业附加值，实现又快又好的天津理工大学中环信息学院2017届本科毕业设计说明书发展。虽然我国工业机器人实业发展水平相当好，但就现今这个阶段国产工业机器人市场份额几乎可以忽略，工业机器人公司名称很多无人知晓。据可靠情报显示世界四大工业机器人公司：瑞士ABB、日本发那科、日本安川电机、德国库卡，其中无一中国公司，然而它们却占有了世界工业机器人市场多达95%，然而我国工业机器人制造商的份额基本可以忽略不计。1.4主要研究内容及本文基本结构本选题主要来源于生产生活中人类工业自动化对机器人的需求越来越大了，随着科技技术的一天天发展，机器人的应用范围也日益增大。传统的人工作业的缺点表现的日益明显。目前，人工作业存在着许多不确定因素，使用机器人可以节约成本，提高工作效率，更大程度保护劳动人民的生命安全，更加方便企业进行管理，但由于技术限制和人们对该技术的怀疑，使得机器人的推广受到了巨大的限制。本课题研究的主要问题中有如下面几个：1.插补计算的研究与应用2.机器人各个模块的应用与实现3.相应的识别及追踪方案的设计与实现4.机器人视觉系统的软件调试本文的研究方法和手段有如下几个方面：首先，通过对课题进行了理性的研究与分析，初步认知课题的现实性与实用性。其次，在图书馆根据需求查阅有关资料，学习相关的理论知识，了解所需的专业技术知识并对产品有初步的设计思路。然后对其硬件进行设计，最后使用电脑，进行软件设计。本文的研究步骤如下：阅读任务书，了解课题内容，明确具体要求。对产品进行深入分析。提出合理的设计方案。查阅参考文献与相关资料，进行筛选。使用计算机进行软件设计。进行相应的调试。本文的结构大致如下：第一章：前言，阐述工业机器人的研究目的和意义以及市场对它需求和目前国内外发展状况。第二章：课题设计方案的选型，介绍了平面多关节SCARA机器人的优势、计米轮、编码器、机器人控制系统和机器人视觉系统。天津理工大学中环信息学院2017届本科毕业设计说明书第三章：机器人视觉部分的硬件选型，机器人控制器的具体分析以及相关技术说明。第四章：这章主要介绍了基于YAMAHASCARA机器人的控制器RCX340和IVY2视觉系统的软件和硬件的连接，这部分很关键，直接影响到成功与否。接着进行相关的软件初始化设置，最后我自己再编写相关的雅马哈机器人语言，进行仿真，无误后基本可确定实现了本课题的要求。天津理工大学中环信息学院2017届本科毕业设计说明书第二章课题设计方案的选型2.1SCARA机器人的优势SCARA机器人，即SelectiveComplianceAssemblyrobotArm，又名水平多关节机器人，是工业机器人家庭应用非常广泛的一个构型。图2.1SCARA机器人结构图Fig.2.1SCARARobotstructurediagramSCARA机器人有3个旋转关节，其轴线相互平行，在平面内进行定位和定向1。另一个关节是移动关节，用于完成末端件在垂直于平面的运动。手腕参考点的位置是由两旋转关节的角位移1和2，及移动关节的位移z决定的，即p=f(12z)3，这类机器人的结构轻便、响应快，SCARA机器人运动速度可达10ms，比一般关节式机器人快数倍。它最适用于平面定位，垂直方向进行装配的作业。1978年，日本山梨大学牧野洋发明SCARA机器人，该机器人具有四个轴和四个运动自由度(包括沿XYZ方向的平移和绕Z轴的旋转自由度)4。SCARA系统在xy方向上具有顺从性，而在Z轴方向具有良好的刚度，此特性特别适合于装配工作2。SCARA的另一个特点是其串接的两杆结构，类似人的手臂，可以伸进有限空间中作业然后收回，适合于搬动和取放物件，如集成电路板等5。在现在这个阶段SCARA机器人已经广泛应用于很多很多工业领域。它的主要职能是搬取工件和装配工作。它的第一个轴和第二个轴具有转动特性，第三和第四个轴可以天津理工大学中环信息学院2017届本科毕业设计说明书根据工作的需要的不同，制造成相应多种不同的形态，并且一个具有转动、另一个具有线性移动的特性6。由于其具有特定的形状，决定了其工作范围类似于一个扇形区域。SCARA机器人可以被制造成各种大小，最常见的工作半径在100毫米至1000毫米之间，此类的SCARA机器人的净载重量在1千克至200千克之间7。SCARA机器人的特点是负载小、速度快，因此其主要应用在快速分拣、精密装配等3C行业、食品行业等领域。2.2计米轮和编码器介绍计米轮即计米器，主要功能是在长条形材料加工设备上作精密长度测量的标准工具，普遍使用于工程机械。图2.2计米轮实物图Fig.2.2Metercountingwheelphysicalmap特点：1.本课题所使用的计米轮是由特殊耐磨防滑质量非常好的橡胶塑料材料与高纯度的铝合金轮架结合而成，用于长时间精准计量工具；2.它的内部数字电路非常高级，完全采用进口器件，国产的可能不是很靠谱，整体性能既可靠又很稳定，还能够抵御强大的外部干扰。性能参数：天津理工大学中环信息学院2017届本科毕业设计说明书输出脉冲1脉冲米（型号CDJM1）10脉冲米（型号CDJM2）100脉冲米（型号CDJM3）电源电压DC12V10%计长误差5输出脉冲电平高电平DC11.5V低电平DC0.3V适用环境海拔：1000m环境温度：060相对湿度：85%无腐蚀性气体和粉尘的场合。编码器（encoder）是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备8。图2.3编码器实物图Fig.2.3Encoderphysicalmap编码器就是把角位移或直线位移转变成电信号。按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小9。2.3控制系统单元天津理工大学中环信息学院2017届本科毕业设计说明书图2.4控制系统单元图Fig.2.4ControlsystemunitdiagramIVY2机器人视觉模块具有非常强大的画面捕捉功能，它可以做到将光学图像转变成为模拟或数字图像，并将其输出至图像处理单元，可以完成图像采集单元数据的快速存储，并使用图像处理软件来对其进行相应的图像处理，能够达到传统机型约2倍的搜索速度，数量较多的工件也能高速检测11。它即使面对贴近的工件和奇形怪状的工件也能进行非常精密的边缘检测10。使用其配套的软件IVY2-studio可监控校准设置中和自动运行中的搜索情况（输出内容：选择品种捕捉图像；搜索结果（位置刻痕比例)；已执行的命令；命令所需时间），大大减轻了PC计算机的负担，提供了简单、高性能、可靠的支持。其最大的特点就是仅使用机器人程序即可统一控制（使用RCX340控制器）。2.4机器人视觉系统视觉系统如图2.5所示。不同种类的工件被随机放置在传送带上，图像采集设备获天津理工大学中环信息学院2017届本科毕业设计说明书取目标物体样式，由计算机识别目标类型并提取实时坐标，将上述信息传递到控制器，进而导引机器人完成工件分拣工作。图2.5视觉系统运行过程Fig.2.5Visualsystemoperationprocess该系统主要由工件传送单元、图像捕捉部分、信息处理单元以及机器人与控制器单元等部分组成。工件传送单元主要由传送带，计米轮和编码器等构成。本课题中分拣的物件是铁碗，他们都具有金属光泽，与工件传送带形成了较大的颜色反差，这有助于实现对目标工件的准确识别与跟踪，为更好的完成分拣抓取任务提供了必要基础。图像捕捉部分由工业相机与光学镜头、图像追踪板卡以及补光设备构成。光源作为分拣平台的照明设备，被固定在传送带的两侧，用以消除工件自身的阴影。工业相机连续拍摄传送带上的目标工件，并将获取到的信息传递到图像追踪板卡中，为后续图像处理做好必要准备。信息处理单元主要由计算机构成。该单元对视频序列进行一系列处理，其中包括采用相应视觉算法对目标工件进行识别和跟踪，进而获取到目标种类及其位置坐标，将该信息传递给机器人控制器，进而控制机器人完成分拣任务。该部分是整个系统的核心，具有分析图像信息以及给出控制信息的重要作用，是连接自动控制系统中传感器和执行器的桥梁。机器人与控制器单元主要是由基于平面多关节SCARA的四轴机械手臂和其相对应的控制器所构成。机器人与控制器通过专用的电缆进行连接，控制器配有正常接口，使用该接口可与PC进行数据通信。主机将控制信号传递给机器人控制器，进而控制机器人的关节运动，即可完美完成成分拣工件的抓取作业。天津理工大学中环信息学院2017届本科毕业设计说明书2.5小节本章介绍了SCARA机器人相比于其他机器人的优势，详细介绍了我们所使用的相应的计米轮和编码器的相关参数，我们选用了雅马哈最新款的RCX340控制器，超高清的摄像头和目前顶配版的机器人视觉系统IVY2，只为更好的完成课题的要求。天津理工大学中环信息学院2017届本科毕业设计说明书第三章SCARA机器人系统硬件的设计硬件的堆砌就如同盖房子前打地基一样重要，它将直接影响到整个系统的正常运转。硬件的核心是主体控制器，它有着无可替代的作用，因此选择一款合适的主体控制器至关重要。为了使得设计的整个系统体积小，工作效率高，能耗低，更加丰富的扩展性，本文选用雅马哈最新款的控制器RCX340作为主体控制器，并在此基础上设计基于RCX340的机器人视觉系统系统。3.1视觉识别系统硬件分析视觉系统如图3.1所示。工件被随机放置在传送带上，图像采集设备获取目标物体样式，由计算机识别目标类型并提取实时坐标，将上述信息传递到控制器，进而导引机器人完成工件分拣工作。图3.1视觉系统整体硬件分析图Fig.3.1Visionsystemhardwareanalysis3.2视觉识别系统主要硬件选型天津理工大学中环信息学院2017届本科毕业设计说明书3.2.1选择具体的主体控制器类型在机器视觉分拣系统中，SCARA机器人所配套的控制设备是RCX系列控制器，本文使用的是RCX340，该款控制器功能强大，允许外接多种类的执行器，最多支持8个不同优先级的任务具有端口信息并行处理以及中断处理能力，有利于实现多执行器工作效率的最大化断电后再启动不需要做原点复归，可以有效保存机器人的点位数据有多种类的省配线架构可供选择，支持CC-LinkDeviceNetProfibus和EthernetRCX系列的控制器具有类似PLC的控制效果，在没有PLC控制器的情况下，同样可以实现对周围器件的控制功能可判断SCARA型四自由度机器人在移动中所经过的轨迹位置，并输出相应的信息。这款雅马哈RCX340机器人控制器的外观实物图：图3.2SCARA机器人控制器RCX340Fig.3.2SCARArobotcontrollerRCX3403.2.2相机的选择与应用介绍1.相机选择目前，工业生产中使用的相机组合方式只有两种，一是普通相机与个人电脑机相结合的方式，另一种是智能相机系统。普通相机仅有拍照获取图像的功能，与之相连的PC机接收到图像信息后，由专门的图像处理软件进行处理，这一过程比较繁琐，工作量大。智能相机则将这一过程大大整合，能自己完成图像的捕捉、处理和通信等工作，天津理工大学中环信息学院2017届本科毕业设计说明书从而给出具有多种能力、模块化、更加稳定等特点并且易于实现的机器人视觉解决方案，可以完成多种机器视觉系统的使用要求。由于本课题需要搭建一个高度集成的、自动化视觉定位抓取系统，因此选择智能相机。在进行智能相机选型时，通常参考以下几点:（1）考察现场实际情况可以考虑是否选用CCD相机或者CMOS相机。CCD即电荷祸合元件，为一种半导体器件，可以把图像信息转化为数字信号12。CMOS即互补金属氧化物半导体，是电压控制的一种放大器件13。相比之下CCD相机的成像质量好，但制造工艺复杂，价格相对较高。CMOS相机照出来的图像有点劣质，但优点是可以减少电能的损耗，并且处理速度快。（2）相片的清晰度很重要，第一步要思考并了解实际物体的精度，根据精度再选择相机最合适的分辨率。计算公式为:相机单方向分辨率=单方向视野范围大小理论精度。（3）其次是相机帧数的选择，当被测物体有运动要求时，要选择帧数高的工业相机。但一般来说相机的分辨率越高帧数越低，因此需要考虑帧数和分辨率的匹配。（4）工业相机需要与镜头匹配，传感器芯片尺寸必须小于或等于镜头尺寸。虽然CMOS相机的拍摄图像效果可以满足大部分科研需要，但是本课题需要利用工业相机对传动带上的工件进行跟踪并分拣，由于是针对动态目标图像的拍摄，所以选择CCD相机。最终我们选择使用型号为KCX-M6541-10的130万像素的CCD相机。如下图3.3所示：图3.3CCD相机Fig.3.3CCDcamera2.镜头选择镜头最主要的功能就是实现光束调制14。在基于机器视觉系统的实际应用中，镜头将待成像目标的光束变换到图像传感器的光敏面上，通过相机将光信号转换为最终的图像信号。镜头质量对于基于机器视觉的分拣系统整体性能会产生重要影响，所以要合理地选择镜头，以便获得最佳效果。天津理工大学中环信息学院2017届本科毕业设计说明书（1)1)焦距焦距ff在光学系统中，衡量光的聚集或发散的度量方式被称为焦距f，通常情况下，指透镜的光心到焦点之间的距离。在相机中，指的是从镜头的中心到相机成像平面之间的距离。镜头的焦距在一定程度上决定了该镜头所拍摄的目标在成像平面上所能够形成的影像大小。假设以同样的距离对某一个目标进行拍摄，那么如果光学镜头的焦距越长，则被摄目标在相机的光电传感器上所成像的放大倍数就越大。（2)2)视场角视场角简单来说视场角是指摄像机镜头可以捕捉到目标图像的最大角度范围。光学仪器的视野范围取决于镜头的视场角的大小，如果镜头的视场角越大，那么能够拍摄的视野就越大，相应的光学倍率就会越小。一般来说，被拍摄的目标若超过这个角度，那么图像信息便不会完全被镜头捕获到。（3)3)景深景深简单来说，在相机完成聚焦之后，在焦点前后的范围内都可以形成较为清晰的影像，那么就称这个距离范围为景深。利用景深可以拍摄出效果完全不同的图像，例如对于同一场景，若目标的影像清晰而背景的影像模糊，则称景深浅相反，背景和目标的影响同样清晰，则称为景深深。调节景深最简单的方法就是改变光圈大小。若果将光圈调大，那么景深就会变浅若果调小光圈也相应变快，光圈变小，那么景深就会相应地变深。当然光圈变大，快门速度，快门速度则变慢。拍摄传送带上运动的物体时，为了避免被拍摄影像出现模糊的情况，应选择快速度并且是大光圈。（4)F4)F数数F数是描述可以进入镜头内光线的多少的度量，F数越大，那么可进入镜头内的光线就越多，反之，就越少。F数与镜头的有效孔径成正比，与镜头的焦距成反比15。由于镜头的焦距一般是固定的，所以可以通过调节镜头的有效孔径，来实现对F数的调节。在基于机器视觉的工业机器人分拣系统中，需要对传送带上运动的工件进行实时的图像获取，根据实际需求，选择的镜头是computar（16mm，1:1.4，23）镜头，实物如图3.4所示。天津理工大学中环信息学院2017届本科毕业设计说明书图3.4computar镜头Fig.3.4ComputarCameralens该镜头有如下特点:成像畸变较小，畸变率可以控制在0.3%以内清晰成像最近距离可达0.2m在各种光源条件下均可成像清晰均匀结构紧凑，外形尺寸小型化，适合安装。3.2.3机器人选型任务要求机器人抓取圆形的碗，综合考虑所有的因素后，我们选取YAMAHASCARA机器人YK500TW。图3.5YAMAHASCARA机器人YK500TWFig.3.5YAMAHASCARArobotYK500TWYAMAHASCARA机器人YK500TW拥有最大5kg的搬运能力，它与并行链路机器人相比高度更加的低，可以为整套装置节省空间。其标准周期相对比雅马哈以往的机器人缩短了36%，大大的提高了搬运能力，缩短了搬运时间。YK500TW机器人主机仅重27kg，远远轻于一般机器人。3.3雅马哈控制器RCX3403.3.1RCX340的外观本设计采用雅马哈控制器RCX340其外观如图3.6所示：天津理工大学中环信息学院2017届本科毕业设计说明书图3.6RCX340控制器外观图Fig.3.6AppearanceofRCX340controller雅马哈RCX340控制器像表3.1所写：表3.1RCX340控制器的部分名称和功能Table3.1PartnameandfunctionofRCX340controller名称功能1M1M2M3M4伺服马达驱动用连接器。2ROBIO1-23-4用于伺服马达的反馈及传感器信号的连接器。3SAFETY用于紧急停止等安全上使用的输入输出连接器。4PB用于连接手持编程器的连接器。5COMRS-232C接口专用连接器。6EN连接以太网用连接器。7USB连接USB用连接器。8(OP.)1234此为选配端口。最多可安装4张选配板。9BAT1234ABS电池（使用2轴以上制动器时）连接器。10ACINLNL1N1控制电源、主电源（用于驱动马达的电源）。11(PE)接地端子。请执行D种接地施工。12“PWR”LED电源接通时亮灯。137SEGLED显示控制器或机器人的状态。14FAN使控制器的内部温度保持恒定。安装控制器时，请从左侧面留出50mm以上间隙，并避免堵塞风扇开口部。天津理工大学中环信息学院2017届本科毕业设计说明书15BK24V制动器用外接24V输入电源连接器。（使用2轴以上制动器时）16RGEN扩展用再生电阻连接器。作为标准规格请安装温度传感器短路连接器。3.3.2控制系统整个控制系统图如3.7所示：图3.7控制系统图Fig.3.7Controlsystemdiagram3.3.3RCX340控制器电源连接出于安全考虑，在机器人控制器的电源连接部分必须安装漏电断路器。由于机器人控制器采用IGBT的PWM控制驱动马达，高频泄漏电流可能会引起安装在外部的漏电断路器的误动作。因此，在外部安装漏电断路器时，请注意选择额定灵敏度电流(In)。出于安全考虑，在机器人控制器的电源连接部分必须安装电路保护器。接通机器人控制器电源或马达起动时，会出现额定电流三倍甚至十几倍的超级大电流。在机器人控制器外部安装电路保护器时，请注意电路保护器的工作特性。电路保护器的动作特性中，请选择中速型或低速型的带有惯性延迟机构的电路保护器。要从序列器等外部装置控制机器人控制器的电源接通及切断时，请在控制器的AC供电线路上安装电磁接触器。请根据客户实际要求的安全等级使用择产品之后，通过符天津理工大学中环信息学院2017届本科毕业设计说明书合安全等级的电路来控制开关。此时，请分离主电源与控制电源的路径，并在主电源侧安装电磁接触器。要通过紧急停止等进行控制时，请进行主电源的接通及关闭。为了抑制电源线路的杂讯，建议进行干扰滤波器的安装。具体可以参考厂商:TDKLAMBDA，型号:RSHN-2016。针对雷电产生的浪涌杂讯，为了提高防杂讯能力，建议安装浪涌吸收器。具体可以参考厂商：双信电机株式会社，型号：LT-C12G801WS。RCX340控制器电源连接情况如图3.8所示：图3.8RCX340控制器电源连接Fig.3.8RCX340controllerpowerconnection注意：不要搞错端口的连接位置。不然可能会成为故障的原因。3.3.4输入输出接口由于支持用户系统，控制器可以挑选专用或者通用的输入输出接口。当希望使用输入输出接口时，应在控制器中追加选配并联IO板。如表3.2所示：表3.2输入输出接口分布Table3.2outputinterfacedistribution规格连接器名称连接器型号连接材料专用8个标准输入通用9个STD.DIO外壳：10350-52A0-008天津理工大学中环信息学院2017届本科毕业设计说明书专用9个输出通用8个输入24个（最多96个）扩展输出16个（最多64个）EXP.DIO插头：10150-3000PE生产厂家：住友3MAWG3024这是标准规格输入输出连接器的信号，看图3.10这样：图3.10标准规格输入输出连接器的信号Fig.3.10StandardSpecificationforandoutputconnectorsignals天津理工大学中环信息学院2017届本科毕业设计说明书3.4小节本章主要对SCARA机器人视觉控制系统的硬件进行选型，包括机器人控制器、CCD相机、镜头和机器人本体，然后进行各部分的连接。特别是要注意各个部分的连接安全问题。还解决了一些实际操作会遇到的问题，只为更好的完成任务。天津理工大学中环信息学院2017届本科毕业设计说明书第四章SCARA机器人视觉控制系统软件设计4.1控制系统工作流程图4.1为机器视觉控制系统的工作流程，在系统安装及相机标定完成后，控制系统开始运作。首先，相机拍摄待抓取件，由视觉分析软件获取并处理后得到其角度值和xy方向上的偏移量然后，将其角度值和xy方向上的偏移量传输至RCX340，经由运算将其变为机器人空间坐标系的坐标值，同时结合编码器计数脉冲数计算出机器人所要移动到的抓取位置。最后，由RCX340将这一位置的坐标发送给机器人，机器人到位并完成抓取动作。图4.1控制系统流程图Fig.4.1Flowchartofcontrolsystem在本课题控制系统搭建的过程中，RCX340起到了桥梁的作用，将工业机器人系统天津理工大学中环信息学院2017届本科毕业设计说明书与视觉系统联系起来。因此，完成各个系统之间的通信便成为整个机器人控制系统能否搭建完美的重中之重。4.2IVY2Studio使用步骤IVY2Studio作为YAMAHA机器人视觉部分的软件，在使用之前要进行一系列的设置。流程图如下4.2所示：图4.2IVY2Studio使用步骤Fig.4.2IVY2Studiousestep4.3IVY2系统的软件设置4.3.1iVY2单元的连接设置1.使用专用电缆或以太网电缆连接电脑与机器人控制器RCX340。2.启动RCX-Studio。3.连接控制器RCX340。天津理工大学中环信息学院2017届本科毕业设计说明书4.从目标窗口菜单中的iVY2(I)中，选择Communication(C)中的Settings。图4.3目标窗口Fig