工业视觉机器人控制系统分析

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伴随计算机科学、数字图像处理、模式识别技术与理论的高速发展,具备视觉系统的机器人在机器人家族当中占据日益重要的比例,相比于传统机器人,其能够自主的获取外部图像信息,感知周围环境变化,因而具备了运动高精度、适应能力强、抗干扰能力强等诸多优点。SCARA型水平4轴工业机器人作为典型的工业机器人,通过为其配备视觉系统可以使其具备视觉引导功能。

  为了实现其运动控制,采用了PC+运动控制卡的开放式机器人控制体系架构,其中重点研究对象是位于PC的机器人控制软件：

1)机器人语言及解释器:设计了“选题式”的机器人语言指令集,通过其内部所含的指令组合,机器人控制软件使用者可以快速、方便的完成控制源程序的编写;而为了将使用者所编写的控制源程序转换为实际机器人控制指令,设计了基于Lua脚本语言实现的采用2层扫描结构的机器人语言解释器。

2)机器人视觉引导:实现了专有的机器人视觉引导子系统用于处理数字摄像机所采集的图像信息。其中结合实际机器人应用场景以及比对各种算法优劣后,确定了基于中值滤波、*大类方差、Canny边缘检测、轮廓局部变量的图像处理、模板特征匹配技术;在分析摄像机小孔成像模型、内外参数模型、畸变模型以及摄像机与机器人手眼关系后,确定了基于张正友标定法、*小二乘法的摄像机、手眼关系标定技术;

3)机器人数据通讯:在机器人控制系统通过测试后,为了能够在后期提升系统的实时性能,其中在确定Linux下EtherCAT主站框架以及该框架下主站核心状态机工作机理后,基于EtherCAT主站的控制软件通讯接口以及该接口所传输、接收的数据帧格式。经过反复测试、调试,设计的具备视觉系统的SCARA型水平4轴工业机器人控制系统能够完成视觉引导作业,并且可以应用于物品搬运、零件装配、零件在线检测等不同工作场景,其定位精度为0.05mm。而在该工业机器人控制系统的相关软件设计环节。