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    對上下料機器人視覺控制系統的研究

    發表時間:2016/2/20 文章來源:深圳市肯嘉科技有限公司
    隨著機器人技術不斷進步,對機器人的要求越來越高,在數控加工領域,換刀和上下料機器人正越來越多的替代人工完成機器換刀和正下料。由于零件的形狀各異,如何讓機器人識別并抓取待加工零件成為設計上下料機器人的難題之使用機器視覺技術可以有效解決零件的識別和定位這一難題。通過對攝像機采集的圖像進行圖像增強、分割和模式識別來獲取零件空間坐標信息,通過串口通信將零件坐標信息發送給機 器人,實現機床的自動上下料。
     
    1、總體方案設計
     
    上下料機器人視覺控制系統主要由圖像采集卡、鏡頭、工業相機、機器人、于東控制單元、計算機一級圖像處理軟件組成。工業相機通過1394接口與圖像采集卡相連,圖像采集卡通過代1插槽與計算機相連。首先,對攝像機進行標定確定圖像坐標與實,際坐標之間的關系矩陣,該關系矩陣將作為編制視覺控制軟件的參數用于計算圖像點對應的空間坐標。其次,確定光源的打光方式,機器視覺系統中最關鍵的一個方面就是選擇正確的照明,機器視覺光源直接影響到圖像的質量,進而影響到系統的性能。其次確定圖像處理的方案,對圖像進行圖像增強、圖像分割并進行圖像匹配,確定目標的圖像坐標,根據圖像坐標和關系矩陣求出目標的空間坐標最后,將空間坐標通過串口傳送至機器人,機器人接收到信息并執行動作實現上下料。
     
    2、核心部件選型
     
    2.1、工業相機和鏡頭選型
     
    設備主要用于識別尺寸在(15)X150m"的二維機械零件視角范圍選在(ISOm,因此選用某有限公司的K45M工業相機,該款工業相機的分辨率達到a的2×1叫勇,曝光時間在和852m之間,光學尺寸為12,幀頻為乃心,傳感器類型輸出方式為CCD根據視角范圍和相機分辨率可以確定該視覺系統的精度為1 SUN hmmm 1040 - 1 . 44如果使用亞像素細分法,系統下精度可以達到014mm,可以滿足設備的精度要求。
     
    鏡頭選擇應注意:(D焦距;p目標高度③影像高度;4放大倍數付影像至目標的距離⑥m心點⑦畸變。綜合考慮,選用日本Gmp"ar鏡頭,型號為:rio 614 - Afp , 55 焦距定焦.L4光圈,接口方式:c。
     
    2.2、光源選型
     
    光源的種類很多,有鹵光燈、熒光燈JED光源等,目前|ED光源最常用,主要由以下幾個特點(D使用壽命長;OFD光源是用多顆IFD排列而成,可以設計成復雜的結構,實現不同光源照射角度③有多種顏色可選,包括紅綠藍白還有紫外紅外等。針對不同檢測物體的表面特征和材質選用不同顏色,1驥是不同波長的光源達到理想r效果,IED光源的打光方式也分很多種,有垂直照射值射環形光源帶角度環形光源低角度環形光源、水平照射環形光源、直射漫反射光源、低角度漫反射光源背光源條形光源等等,由于零件屬于不反光物體,可以選用直射環形光源或者背光源,但是由于設備的視角范圍比較大(152m,從成本的角度考慮,還是選用直射環形光源。
     
    3、視覺系統搭建
     
    3.1、攝像機標定
     
    空間景物坐標和其在圖像中對應的坐標的幾何關系是由攝像機幾何成像模型決定的,這個幾何模型的參數就起攝像的參數。這個參數是需要通過攝像機標定得到的。標定的過程就是確定空間坐標和圖像坐標之間的關系的過程,標定的精度直接影響到機器視覺的精度^使用傳統的h標定法對攝像機進行標。
     
    3.2、軟件編程
     
     圖像處理工具提供一套全方位的參照標準算法和圖形工具,用于進行圖像處理分析可視化和算法開發?蛇M行圖像增強、圖像去模糊、特征檢測降噪、圖像分割、幾何變換和圖像配準。許多工具箱函數采用,了多線程技術,以利用多核和多處理器計算機,使用ⅶWnp函數可以獲取外部硬件資源D。
    上下料機器人視覺圖像處理流程
    圖像值化前設計一種與零件灰度值相匹配的特征提取方法并提出一種自適應的閾值確定方法將圖像二值化。通過實驗證明,該自適應的閾值確定用于圖像二值化之后的效果較好,滿足零件上下料的要求。
     
     
    4、結束語
     
    對視覺上下料機器人控制系統的設計方案進行了闡述。針對本系統結合零件的特點對工業相機鏡頭和光源等核心部件的選型進行了討論,對所選相機的參數矩陣進行了標定,并對采集的圖像進行處理的流程進行了分析,最終系統通過串口將處理的信息發送給下位機執行。經過驗證,本系統性能優良,運行穩定。
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