工业机器人技术(郭洪红)第4章

第4章 工业机器人的环境感觉技术
由视觉传感器得到的电信号, 经过A／D转换成数字信号, 称为数字图像。一般地,一个画面可以分成256×256像素、 512×512像素或1024×1024像素,像素的灰度可以用4位或8位 二进制数来表示。一般情况下, 这么大的信息量对机器人系统 来说是足够的。要求比较高的场合,还可以通过彩色摄像系统 或在黑白摄像管前面加上红、绿、蓝等滤光器得到颜色信息和 较好的反差。
第4章 工业机器人的环境感觉技术 图 4.4 吸尘器自动装配实验系统
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3.
在机器人腕部配置视觉传感器,可用于对异形零件进行非 接触式测量, 如图4.5所示。这种测量方法除了能完成常规的 空间几何形状、形体相对位置的检测外,如配上超声、激光、 x射线探测装置, 则还可进行零件内部的缺陷探伤、 表面涂层 厚度测量等作业。
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4.1 工业机器人的视觉 4.2 工业机器人的触觉 4.3 工业机器人的位置及位移 4.4 多感觉智能机器人
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4.1 工业机器人的视觉
4.1.1 视觉系统可以分为图像输入(获取)、图像处理、图像理解、
图像存储和图像输出几个部分(见图4.1)。 实际系统可以根据需 要选择其中的若干部件。
第4章 工业机器人的环境感觉技术 图 4.5 具有视觉系统的机器人进行非接触式测量
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4. 利用视觉的自主机器人系统
日本日立中央研究所研制的具有自主控制功能的智能机器 人, 可以用来完成按图装配产品的作业,图4.6所示为其工作示 意图。它的两个视觉传感器作为机器人的眼睛,一个用于观察 装配图纸，并通过计算机来理解图中零件的立体形状及装配关 系; 另一个用于从实际工作环境中识别出装配所需的零件,并 对其形状、位置、姿态等进行识别。此外,多关节机器人还带 有触觉。 利用这些传感器信息,可以确定装配顺序和装配方法, 逐步将零件装成与图纸相符的产品。
第4章 工业机器人的环境感觉技术 图 4.1 视觉系统的硬件组成
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1. 视觉传感器
视觉传感器是将景物的光信号转换成电信号的器件。大 多数机器人视觉都不必通过胶卷等媒介物,而是直接把景物摄 入。过去经常使用光导摄像等电视摄像机作为机器人的视觉 传感器, 近年来开发了CCD(电荷耦合器件)和MOS(金属氧化物 半导体)器件等组成的固体视觉传感器。固体传感器又可以分 为一维线性传感器和二维线性传感器,目前二维线性传感器已 经能做到四千个像素以上。由于固体视觉传感器具有体积小、 重量轻等优点, 因此应用日趋广泛。
第4章 工业机器人的环境感觉技术 图 4.2 具有视觉焊缝对中的弧焊机器人的系统结构
第4章 工业机器人的环境感觉技术 图 4.3 实现机器人弧焊工作焊缝的自动跟踪原理图
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2. 装配作业中的应用
图4.4所示为一个吸尘器自动装配实验系统, 由2台关节机器 人和7台图像传感器组成。组装的吸尘器部件包括底盘、气泵 和过滤器等, 都自由堆放在右侧备料区,该区上方装设三台图像 传感器(α、β、γ), 用以分辨物料的种类和方位。机器人的前部 为装配区,这里有4台图像传感器A、B、C和D, 用来对装配过程 进行监控。使用这套系统装配一台吸尘器只需2分钟。
取景部分应当能根据具体情况自动调节光圈的焦点, 以便得到 一张容易处理的图像。为此应能调节以下几个参量:
(1) 焦点能自动对准要看的物体。 (2) 根据光线强弱自动调节光圈。 (3) 自动转动摄像机, 使被摄物体位于视野中央。 (4) 根据目标物体的颜色选择滤光器。 此外, 还应当调节光源的方向和强度, 使目标物体能够看得 更清楚。wenku.baidu.com
如果能在传感器的信息中加入景物各点与摄像管之间的距 离信息,显然是很有用的。每个像素都含有距离信息的图像, 称之为距离图像。目前,有人正在研究获得距离信息的各种办 法, 但至今还没有一种简单实用的装置。
第4章 工业机器人的环境感觉技术 2. 摄像机和光源控制 机器人的视觉系统直接把景物转化成图像输入信号, 因此
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3. 计算机
由视觉传感器得到的图像信息要由计算机存储和处理, 根据各种目的输出处理后的结果。20世纪80年代以前,由于微 计算机的内存量小,内存的价格高, 因此往往另加一个图像存 储器来储存图像数据。现在, 除了某些大规模视觉系统之外, 一般都使用微计算机或小型机。
除了通过显示器显示图形之外,还可以用打印机或绘图仪 输出图像，且使用转换精度为8位A/D转换器就可以了。但由 于数据量大, 要求转换速度快, 目前已在使用100 MB 以上的8 位A／D转换芯片。
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4. 图像处理机
一般计算机都是串行运算的, 要处理二维图像很费时间。 在要求较高的场合, 可以设置一种专用的图像处理机,以便缩 短计算时间。 图像处理只是对图像数据做了一些简单、重复 的预处理, 数据进入计算机后, 还要进行各种运算。
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4.1.2
1.
图4.2所示为具有视觉焊缝对中的弧焊机器人的系统结构。 图像传感器直接安装在机器人末端执行器。焊接过程中,图像 传感器对焊缝进行扫描检测, 获得焊前区焊缝的截面参数曲线， 计算机根据该截面参数计算出末端执行器相对焊缝中心线的偏 移量Δ,然后发出位移修正指令, Δ=0为止。瑞典ASEA公司研制的Opotocator 弧焊用视觉系统, 安装在距工件175 mm高度,视野宽度32 mm,分辨率0.06 mm; 安装在IRL6／2弧焊机器人上能达到对中精度为0.40 mm。这种 传感器还可测量出钢板厚度,能自动调节弧焊电流, 从而保证 焊接质量, 并使厚度为0.80 mm的薄钢板焊接成为可能。弧焊 机器人装上视觉系统后给编程带来了方便, 编程时只需严格按 图样进行。 在焊接过程中产生的焊缝变形、装卡及传动系统 的误差均可由视觉系统自动检测并加以补偿。