專利名稱：服務于兩臺數控機床上下料移動機器人的控制方法
技術領域：
本發明屬于工業機器人上下料控制系統技術領域，其突出的特點是將機器人視 覺、無線通信技術以及傳感器技術引入到機器人控制系統中，使得工業機器人實現智能抓 取任意放置在料箱中的工件以及智能上下料的操作。
背景技術：
現有智能機器人用直流電機作為驅動時，一般都采用單片機或者高速的DSP等進行控制， 而且同一機器人往往需用多個CPU來實現各自的功能。但隨著對智能機器人的集成化程度 要求越來越高，需要使用單個CPU的控制器來滿足機器人的各種行為要求，例如視頻采集、 無線通信。隨著現代計算機技術和互聯網技術的飛速發展，嵌入式系統成為當前IT行業最 熱門的技術之一。ARM微處理器以其高性能低功耗的特性成為目前應用最廣泛的32位嵌入 式處理器，嵌入式Linux也憑借其強大的開源功能及多任務實時性等優點占據了嵌入式操 作系統的主導地位。目前國內的上下料機器人大都采用PLC控制，如上海發那科機器人有限公司設計 的一臺服務于五臺數控機床上下料的機器人就是采用PLC來控制，且取料位置固定。當取 料位置不固定時，且工件放置位置雜亂無章時，就需要采用機器視覺技術和傳感器技術來 引導末端執行器抓取工件。
發明內容
本發明是要解決末端執行器自動抓取料箱中任意放置的工件以及準確上下料的 控制問題，本發明為實現上述目的所采用的技術方案是
在兩臺數控機床的旁邊各固定設置一個視覺支架，支架上各安裝一個相同型號的有線 2D-CCD ；在機器人末端執行器上安裝一個無線2D-CCD和一個傳輸時間激光距離傳感器，無 線通信標準為802. Ilb或802. Ilg ；采用嵌入式微處理器作為控制器，嵌入式操作系統為 Linux系統；無線USB接收機與微處理器通過USB連接，無線USB接收機和嵌入式微處理器 安裝在機器人控制柜中。兩臺數控機床上各安裝一個相同型號的無線信號發射機，用于發 送數控機床上下料指令，采用串口通信協議，接收端口為RS-232，嵌入式微處理器配有該端當機器人收到數控機床的上料請求信號后，沿行走軸移動到料箱旁停下，機械手 運動到料箱的上方，無線2D-CCD由紅外線啟動開始垂直拍攝工件，同時啟動傳輸時間激光 距離傳感器，將所拍攝到的工件圖片與標準庫中工件圖片的形狀和面積進行比對，相似度 達到80%即可作為抓取目標，若所拍攝的圖片中沒有一個工件的相似度達80%，則控制機 械手運動到另一位置繼續拍攝；若所拍攝的圖片中只有一個工件的相似度達80%，則機器 手移動到該工件處并抓取該工件；若有多個工件的相似度達80%，則由傳輸時間激光距離傳感器測量各工件與末端執行器之間的距離，以距離最小的工件作為抓取對象。確定好抓 取對象后，末端執行器調整好姿態，在工件的質心位置處抓取工件。通過以上技術方案，很 好地解決了料箱中任意放置的工件的準確抓取問題。因為工件是毛坯，在同一型號批次的毛坯中，毛坯的尺寸大小有誤差，當末端執行 器抓取工件后，定位位置以及工件的平面度發生變化，將出現誤差。為了實現精確上料，在 三爪卡盤的表面用油漆涂上兩組不同直徑的圓，每組兩個圓，且直徑相等，直徑較大的兩個 圓用于有線2D-CCD的圖像畫面的標定，直徑較小的兩個圓用于傳輸時間激光距離傳感器 的標定。工作原理如下在正式上料之前，選一個毛坯作為初始工件，通過有線2D-C⑶和傳 輸時間激光距離傳感器對該工件在攝像頭中畫面點位與機器人的示教點位的關系進行標 定，同時完成初始工件的特征標定，示教完成的上料程序為初始工件初始位置的上料位置， 此時工件上料偏差值為零。當機器人抓取其它工件后，定位圓的位置以及工件的平面度發 生變化，通過有線2D-CCD和傳輸時間激光距離傳感器，機器人能夠計算出位置變化量，機 器人把偏差值存入位置寄存器中。此時機器人可以通過把偏差值補償到初始位置來實現工 件的上料。本發明的有益效果是，工件雜亂放置在料箱中，本發明通過識別算法可以準確識 別工件并抓取工件，并能實現準確上下料，提高了工作效率，并節省了人工。
圖1所示為現場布置簡圖。圖2所示為待加工工件抓取流程。圖3所示為下料流程。圖4所示為系統原理結構圖。圖中，1-機床A，2-機床B，3-料箱，4-機器人行走軸，5_機器人，6-護欄，7-無 線2D-CXD，8-傳輸時間激光距離傳感器，9-視覺支架A，10-視覺支架B，11-機器人控制柜， 12-主控計算機。
具體實施例方式如圖1現場布置圖所示，兩臺數控機床排列在機器人行走軸的一側，兩臺數控機 床的中間位置安放上下料臺，機器人安裝在行走軸上，無線2D-CCD相機和傳輸時間激光距 離傳感器安裝在末端執行器上，行走軸的兩端各設置一個安全護欄，在兩臺數控機床的三 爪卡盤附近各安裝了一個視覺支架。嵌入式微處理器采用三星S3C2440 ARM9，嵌入式操作 系統為Linux系統，無線2D-CCD采用美國原裝Linksys WVC210 Remote-controlled，其無 線通信標準為802. Ilb或802. llg，具體實施方式
包括待加工工件的抓取、上料和下料。待加工工件的抓取。數控機床1 (或2)發出上料信號，該信號通過串口通信協議 傳送到無線接收機，無線接收機將上料信號通過串口端傳送到三星S3C2440 ARM9處理器， 控制器控制機器人沿行走軸運動到料箱旁停下，機械手移動到料箱的上方，由紅外線觸發 無線2D-CCD開始垂直拍攝工件，將拍攝到的圖片經過壓縮處理后通過無線通信傳送給無 線接收機，無線接收機將壓縮好的圖片通過USB接口傳送到控制器，控制器根據上述算法 控制末端執行器抓待加工工件，當抓取完畢后，通過紅外線觸發，無線2D-CCD停止拍攝，同時傳輸時間激光距離傳感器停止工作。機器人沿行走軸移動到數控機床1 (或2)上下料位 置，如圖2所示。上料。機器人末端執行器抓取工件后沿行走軸運動到發出上料信號的數控機床1 (或2)上下料位置，安裝在視覺支架1 (或2)上的有線2D-CXD由紅外線觸發開始拍攝，同 時傳輸時間激光距離傳感器工作，通過視頻和傳感器對工件的特征進行標定，計算出工件 實際位置與示教位置的偏差值，機器人可以通過把偏差值補償到初始上料位置來實現工件 的上料，當機器人完成上料任務后，相機停止拍攝，傳輸時間激光距離傳感器停止工作。下料。當數控機床1 (或2)發出無線下料信號時，該信號通過串口通信協議傳送 給無線接收機，無線接收機與三星S3C2440 ARM9處理器的串口端連接，三星S3C2440 ARM9 處理器再發送下料信號給 機器人，機器人沿行走軸運動到該機床處，末端執行器按規劃好 的軌跡抓取加工好的工件，機器人移動到下料臺處，末端執行器把抓取的工件放置在下料 臺上，然后返回原點，如圖3所示。
權利要求
1.服務于兩臺數控機床上下料移動機器人的控制方法，其特征在于，采用安裝在機器 人末端執行器上的無線2D-CCD采集工件的位置和形狀視頻信息，將所采集到的視頻信息 經過視頻采集、壓縮后，通過無線傳輸，由無線USB接收機接收處理后的視頻信號，并將信 號通過USB接口傳送給主控計算機，嵌入式微處理器，處理器依據識別算法控制末端執行 器抓取工件。
2.如權利要求1所述的服務于兩臺數控機床上下料移動機器人的控制方法，其特征 在于，具體步驟為A)待加工工件的抓取；數控機床發出上料信號，上料信號通過串口通信協議傳送到無 線接收機，無線接收機將上料信號傳送到處理器，處理器指令控制器控制機器人沿行走軸 運動到料箱旁停下，機械手移動到料箱的上方，由紅外線觸發無線2D-CCD開始垂直拍攝工 件，將拍攝到的圖片傳送給無線接收機，無線接收機將圖片傳送到控制器，控制器根據識別 算法控制末端執行器抓待加工工件，當抓取完畢后，通過紅外線觸發，無線2D-CCD停止拍 攝，同時傳輸時間激光距離傳感器停止工作；機器人沿行走軸移動到數控機床上下料位 置；B)上料；機器人末端執行器抓取工件后沿行走軸運動到發出上料信號的數控機床上下 料位置，有線2D-CCD由紅外線觸發開始拍攝，同時傳輸時間激光距離傳感器工作，通過視 頻和傳感器對工件的特征進行標定，計算出工件實際位置與示教位置的偏差值，機器人通 過把偏差值補償到初始上料位置來實現工件的上料，當機器人完成上料任務后，相機停止 拍攝，傳輸時間激光距離傳感器停止工作；C)下料；當數控機床發出無線下料信號時，下料信號通過串口通信協議傳送給無線接 收機，無線接收機將下料信號傳送到處理器，處理器再發送下料信號給機器人，機器人沿行 走軸運動到該機床處，末端執行器按規劃好的軌跡抓取加工好的工件，機器人移動到下料 臺處，末端執行器把抓取的工件放置在下料臺上，然后返回原點。
3.如權利要求1或2所述服務于兩臺數控機床上下料移動機器人的控制方法，其特 征在于所述識別算法為，工件雜亂無章地放置在料箱中，當機器人移動到料箱旁時停下， 然后末端執行器運動到料箱上方，無線2D-CCD由紅外線觸發開始垂直拍攝工件，將所拍攝 到的工件圖片與標準庫中工件的圖片的形狀和面積進行比對，相似度達到80%即可作為抓 取目標，同時啟動傳輸時間激光距離傳感器，若所拍攝的圖片中沒有一個工件的相似度達 80%，則控制機械手運動到另一位置繼續拍攝；若所拍攝的圖片中只有一個工件的相似度 達80 %，則機器手移動到該工件處并抓取該工件；若有多個工件的相似度達80%，則由傳 輸時間激光距離傳感器測量各工件與末端執行器之間的距離，以距離最小的工件作為抓取 對象。
全文摘要
一種服務于兩臺數控機床上下料移動機器人的控制方法，屬于工業機器人上下料控制系統技術領域，采用安裝在機器人末端執行器上的無線2D-CCD采集工件的位置和形狀視頻信息，將所采集到的視頻信息經過視頻采集、壓縮后，通過無線傳輸，由無線USB接收機接收處理后的視頻信號，并將信號通過USB接口傳送給主控計算機，嵌入式微處理器，處理器依據識別算法控制末端執行器抓取工件。本發明通過識別算法可以準確識別工件并抓取工件，并能實現準確上下料，提高了工作效率，并節省了人工。
文檔編號G05B19/414GK102073303SQ20101060371
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月24日 優先權日2010年12月24日
發明者師二產, 沈躍, 牛軍燕, 王君, 胡典傳, 許可誠, 謝娟娟, 陳四杰, 顧寄南 申請人:江蘇大學