工业机器人技术第4章　工业机器人的环境感觉技术.ppt

 4.1　工业机器人的视觉4.1.1　视觉系统的硬件组成　　视觉系统可以分为图像输入(获取)、图像处理、图像输出等几个部分(如图4.1所示)。实际系统可以根据需要选择其中的若干部件。 　　 图 4.1　视觉系统的硬件组成 　　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4000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。 　　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。　　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。 　　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。 　　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。 　　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。 4.1.2　机器人视觉的应用　　1. 弧焊过程中焊枪对焊缝的自动对中　　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操作器。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操作器相对焊缝中心线的偏移量Δ，然后发出位移修正指令，调整末端操作器直到偏移量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即可。 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。　　图4.3所示为用视觉技术实现机器人弧焊工作焊缝的自动跟踪原理图。 图 4.2　具有视觉焊缝对中的弧焊机器人的系统结构 图 4.3　用视觉技术实现机器人弧焊工作焊缝的自动跟踪原理图 　　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。 图 4.4　吸尘器自动装配实验系统 　　3. 机器人非接触式检测　　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，如果配上超声、激光、x射线探测装置，还可进行零件内部的缺