工业机器人视觉分拣曲轴系统开发应用docx

1、工业机器人视觉分拣曲轴系统开发应用引言曲轴分拣一直以来都是机器人自动化行业的难题，曲轴自身有 不同的曲面相位，难以被机器视觉识别，而且曲轴在料笼中姿态各异， 如何根据曲轴相位抓取也是一大难题。本文介绍的系统使用工业机器 人配合三维视觉广域传感器，识别工件相位姿态，并根据相位姿态自 动生成抓取位置，自动分拣曲轴2。减少人工成本、提升生产稳定性、 提高生产效率等一系列优点而备受关注。随着我国人口红利的消失人 工成本急剧升高，如何实现生产无人化、提高产品良率等要求下，使 用机器人分拣曲轴有如下优点：提高曲轴分拣的准确性，降低人为错 误；提高生产持续性，可无人化24h生产；各设备相互联网，实现智 能化

2、管理；维护方便，用户可根据生产需求进行二次编程增加工件种 类。1曲轴分拣系统硬件设计视觉曲轴分拣系统的硬件模块包括：上下料模块、曲轴相位转 换台、工业机器人模块、三维广域传感器及下料模块。现场布局如图 1所示。1.1上料模块上料模块主要由两个安放曲轴的来料笼构成。为了提高生产效率, 使用两个料笼，可在更换料笼工件的同时，机器人抓取另一个料笼的 工件。1.2下料模块下料模块由安装有固定家具的传送带构成，曲轴必须按照固定的 相位放置在夹具上，传送带逐个传输到产线下游的加工中心。1.3三维视觉广域传感器三维广域传感器4由一个投影仪和两个数字相机共同构成。该传 感器能够识别曲而工件，检测其相位和姿态。

3、把数据传送给机器人后 能自动生成工件的抓取位置。三维视觉广域传感器如图2所示。1.4曲轴相位转换台由于工业机器人是按照曲轴被检测出的相位姿态抓取，抓取曲轴 时每个工件的相位不一，需要把曲轴放到相位转换台上，按照下料要 求的相位重新抓取曲轴。曲轴相位准换台如图3所示。1.5工业机器人工业机器人负责生成曲轴抓取位置并抓取曲轴，抓取完成后把曲 轴放置到相位转换台上，根据下料台的夹具要求调整抓取曲轴的相位, 最后重新抓取曲轴并下料。机器人工作流程如图4所示。2曲轴视觉分拣系统软件设计系统软件部分主要包括3个部分：触摸屏人机交互界面、下位机 可编程控制器PLC和工业机器人，三者通过现场总线相互通讯连接。

4、 人机界而触摸屏与可编程控制器通过高性能EIP以太网进行连接通讯, 可编程控制器PLC与工业机器人通过现场总线Devicenet连接通讯， 主要把传感器识别的曲轴型号、曲轴姿态和识别分数等数据传送给触 摸屏显示。3外围设备现场总线控制设计本文作者使用FANUC工业机器人提供的DeviceNet网络总线连 接可编程控制器PLC作为中转，从而与各外围设备相连。使用 DeviceNet网络具有以下优点：（2）简化I/O的连接，减少接口硬件;（2）根据配置可以最多连接4个DeviceNet网络，为后续系统设备 升级增加应用提供基础；（3）采用业界标准的开放式协议，使得机器 人能与各类工业产品、光电开关

5、、接近开关和PLC进行信息交互。图 5是DeviceNet网络与外围设备的接线图。FANUC工业机器人 DeviceNet网络参数部分设置参考图6。4实验难点及解决方案4.1实验难点由于曲轴有不同的相位且在料笼中相互交错堆叠，即 便能 被三维视觉传感器识别，但由于抓取手爪的限制，在手爪抓取曲轴的 过程中会出现各种干涉问题导致抓取失败。如：（1）手爪与目标曲轴 周围的曲轴干涉；（2）目标曲轴的有效抓取位置被周围工件遮挡而无 法抓取；（3）手爪与料笼边框干涉导致抓取失败。曲轴实物图和料笼 状态如图7和8所示。4.2解决方案针对上述难点，设计解决方案如下。（1）在手爪上增加力觉传感 器，当

6、手爪与目标曲轴周围的曲轴发生干涉时，让力觉传感器发出信 号。在机器人程序中编写判断逻辑，只要收到碰撞信号就放弃当前工 件，机器人返回安全位置后抓取下一个曲轴。从而避免系统出现报警 停线。（2）针对有效抓取位置被遮挡的问题，编写机器人程序对曲轴 的每个相位增加3个不同的抓取位置7,并从3个抓取位置中选择最 优抓取位置。当3个位置都抓取失败时，放弃当前目标曲轴返回安全 位置再抓取下一个工件。（3）由于料笼较深，为了能抓取料笼底部的 曲轴需要把手爪设计得比较长。当抓取位置倾斜时手爪或机器人容易 与料笼边框干涉。为了解决这问题需要把抓取步骤拆解为两步：把靠 在料笼边缘曲轴先随意抓取后再重新放置到料笼中Y部分，后再根据 相位要求重新抓取。5结论该系统结合可编程控制器、三维视觉传感器、工业机器人编程等 各模块系统集成开发完成对料笼曲轴分拣