項目實戰(zhàn)-機器人視覺對位系統(tǒng)
綜述
A070項目是一項頭戴式耳機內(nèi)部零部件組裝設備的開發(fā)項目，該設備欲集成如下5個功能：喇叭焊線，左右耳零件組裝，打螺絲，打膠，貼不織布，其中視覺定位系統(tǒng)將用于識別流水線上來料中的左耳配件與右耳配件（左右耳配件為軸對稱）并將其坐標信息與旋轉(zhuǎn)角度值反饋給機器人，引導其準確穩(wěn)定的抓取流水線上的配件并將其裝配于耳機組件之上，設備整體如下圖所示：
裝配時需保證耳機配件的三個小耳朵與對應的螺絲孔對準，該裝配可允許的誤差小于±0.05mm，裝配件展示如下圖所示：
硬件簡介
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EPSON C4-A901機器人
整臺設備的核心，該機器人小巧，快速，精度高.
整體質(zhì)量：29kg
工作半徑：900mm
負載（KG）：Max 4 / Rated 1
重復定位精度：±0.03mm
循環(huán)時間：0.47s
對比：
FANUC LR MATE 200iD系列：
LR MATE 200iD/7L
整體質(zhì)量：27kg
工作半徑：911mm
負載（KG）：7
重復定位精度：±0.03mm
ABB IRB140
整體質(zhì)量：98kg
工作半徑：810mm
負載（KG）：6
重復定位精度：±0.03mm
KUKA KR 6 R900 SIXX
整體質(zhì)量：52kg
工作半徑：901mm
負載（KG）：6
重復定位精度：<±0.03mm
該機器人可通過PC進行程序的編寫（利用EPSON RC+軟件），支持以太網(wǎng)通訊。
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相機
采用BASLER acA2500-14gm，該相機為coms相機，靶面尺寸為1/2.5 inch，分辨率為2592*1944，快門方式為rolling shutter，因此拍照時必須保證物體靜止。
選該型號相機的原因：
首先，基于BASLER現(xiàn)有型號；
其次，對精度有較高要求；
最后，同分辨率的CCD相機價格過高且global shutter的產(chǎn)品暫未開始銷售。
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鏡頭
RICOH FL-CC5028-2M 焦距為50mm，最小工作距離900mm，選取如此長焦距的鏡頭主要是因為：
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工作距離需大于800mm，給機器人足夠的抓取空間
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精度要求高，需將視野做小。
如需降低工作距離，可考慮更換為35mm鏡頭，但視野需根據(jù)工況調(diào)整
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光源
樂視LTS-RN20000-W，環(huán)形白色光源，外徑200mm。選取該光源，則機器人需將手抓伸入光源進行抓取。不是最佳選擇，主要由以下條件決定：
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被檢測物的主要特征均為圓形臺階，低角度環(huán)形光效果更好
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機器人抓取需要一定的動作空間。
由于機器人需進入環(huán)形光源的中間進行抓取，因此機器人端需對抓取范圍進行限制，當目標坐標出現(xiàn)超出范圍的情況時（此時機器人進行抓取時，會碰撞光源），機器人需停止動作并報警。
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抓手
由于該機器人需要進行5個工位的動作，且需要抓取焊槍，膠槍，電批這些工具，因此機器人末端必須采用抓手的形式。為了能夠穩(wěn)定的抓取裝配件，抓手最末端按照裝配件的尺寸銑成圓弧形。
軟件簡介
軟件方面主要是指視覺定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)是基于windows操作系統(tǒng)運行的一款自主研發(fā)設計的視覺圖像處理軟件.具備如下功能：
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相機操作
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配合機器人完成坐標標定
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圖像提取并處理，可根據(jù)圖像質(zhì)量調(diào)整圖像處理參數(shù)
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計算目標在機器人坐標系下的坐標與角度
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通過TCP/IP協(xié)議，將坐標信息發(fā)送至機器人接收端
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保存并記憶操作參數(shù)與圖像模板
現(xiàn)場實施流程
1、接線
該項目接線工作較少，大多為成品電纜線，直接插入插座即可，只需連接簡單的幾條通訊線即可：
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相機觸發(fā)信號線
相機觸發(fā)信號電壓為0V~24V，可根據(jù)需求調(diào)整為上升沿觸發(fā)或下降沿觸發(fā)，電壓范圍定義如下：
2、捕捉圖像測試
首先，打開相機廠家提供的相機操作軟件進行測試，當給出滿足電壓條件的IO信號后，相機是否正常拍照。
然后，打開視覺定位軟件，在次測試圖像捕獲功能是否正常。
調(diào)整光源亮度，是目標圖像清晰，特征明確。
3、通訊測試
測試與機器人的通訊是否正常，軟件采用模擬方式進行數(shù)據(jù)發(fā)送，觀察機器人端接收是否正常，如果不正常可采用通訊調(diào)試助手類軟件進行輔助測試，確認問題點。
4、坐標標定
完成坐標標定，需要機器人端進行配合，需注意以下幾點：
I 必須在機器人運動時的坐標系下進行標定（一般為工具坐標系）
II 如果機器人末端執(zhí)行機構(gòu)為吸嘴，可直接對其進行對點標定，但如果末端執(zhí)行機構(gòu)為抓手，則需通過抓手抓取一個末端為圓柱型的物體進行標定對點。為抓手時需注意以下幾點：
（1）抓取的輔助標定物盡量與實際工件高度相同
（2）抓取須牢靠，被抓位置盡量與工件被抓處形狀，尺寸相同。
（3）工具坐標系的建立需以抓取輔助標定物為基準
III 完成標定后，可利用軟件中的“驗證標定參數(shù)”進行反算驗證，如下圖：
5、圖像設置
主要根據(jù)目標特征進行設置，一般該項功能的程序部分是在現(xiàn)場修改的頻率最高，因為他需要根據(jù)現(xiàn)場的真實情況進行策略的調(diào)整，如：
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左右耳治具對稱放置，需添加角度補償
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圖像中可能會出現(xiàn)其他另一工件的某一部分，需加入限制，避免干擾與誤判
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將測試版本中的一些設置進行簡化
下圖分別為調(diào)整前與調(diào)整后的界面以及特征選取區(qū)域：
6、機器人聯(lián)調(diào)
完成以上設置與測試后，視覺部分的基礎(chǔ)工作已經(jīng)完成，但這并不代表機器人端就能夠準確的抓取目標物體。抓取結(jié)果還將受到機器人工具坐標系以及抓手的仿形程度的影響。
項目問題
1、工具坐標系校正不準確
現(xiàn)象：在工具坐標系下旋轉(zhuǎn)Z軸，出現(xiàn)抓手末端偏心旋轉(zhuǎn)
原因：缺少與目標工件仿形的頂尖對準工具
解決方法：更換校正工具
2、標定不準確
現(xiàn)象：坐標驗證時發(fā)現(xiàn)反算結(jié)果有偏差
原因：對準標定紙的圓形時，不易對準，出現(xiàn)偏差。
解決方法：可考慮將以后的標定圖形更換為如下：
抓手抓取頂尖進行對點標定即可。
3、抓取不準
當出現(xiàn)抓取不準確時，成因較多，但是大致可以考慮以下兩個方向：
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抓取時工件出現(xiàn)竄動
該現(xiàn)象直接導致，抓取后的工件坐標以及角度與拍照時的狀態(tài)發(fā)生了變化，這直接導致裝配不準確。
產(chǎn)生原因：
（1）抓手仿形不準確
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