項(xiàng)目七工業(yè)機(jī)器人視覺分揀

編程與操作工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)編程與操作教材內(nèi)容任務(wù)一

視覺分揀工作站平臺(tái)布局與通信配置任務(wù)二

人機(jī)界面與視覺模塊的設(shè)置任務(wù)三

輸送帶模塊設(shè)置任務(wù)四

視覺分揀工作站的編程應(yīng)用項(xiàng)目目標(biāo)

知識(shí)目標(biāo)1.了解工業(yè)機(jī)器人視覺分揀的特點(diǎn)。2.掌握工業(yè)機(jī)器人視覺分揀應(yīng)用的具體流程。3.掌握工業(yè)機(jī)器人視覺分揀工作站的基礎(chǔ)配置與布局。4.掌握供料模塊、皮帶運(yùn)輸模塊、視覺模塊的工作原理及應(yīng)用。5.掌握DI/DO指令的應(yīng)用。6.掌握工業(yè)機(jī)器人周邊系統(tǒng)組態(tài)編程，并進(jìn)行I/O配置進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。7.掌握機(jī)器人工作站的應(yīng)用編程及集成方法。技能目標(biāo)1.能夠根據(jù)工作任務(wù)要求，完成視覺分揀工作站的基礎(chǔ)設(shè)置。2.能夠熟練應(yīng)用井式供料模塊、皮帶輸送模塊以及視覺模塊。2.能夠根據(jù)工作任務(wù)要求，運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人I/O信號(hào)設(shè)置電磁閥I/O參數(shù)，編制視覺分與觸摸屏等裝置的程序。3.能夠根據(jù)工作任務(wù)要求，編制工業(yè)機(jī)器人視覺分揀應(yīng)用程序。4.能夠根據(jù)工藝流程調(diào)試要求，進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人視覺分揀整機(jī)聯(lián)調(diào)。素質(zhì)目標(biāo)1.認(rèn)真探究機(jī)器人視覺分揀程序編寫路徑，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的敬業(yè)精神。2.培養(yǎng)學(xué)生熱愛勞動(dòng)，總結(jié)歸納，使復(fù)雜的程序簡(jiǎn)單化，機(jī)器人應(yīng)用編程需要嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，有勇于探索的精神，具有數(shù)字化設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)化、智能化和數(shù)字化能力。。項(xiàng)目描述

分揀作業(yè)是工業(yè)生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)?；跈C(jī)器視覺的工業(yè)機(jī)器人分揀與人工分揀作業(yè)相比，不但高效、準(zhǔn)確，而且在質(zhì)量保障、衛(wèi)生保障等方面有著人工作業(yè)無法替代的優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)的機(jī)械分揀作業(yè)相比，基于視覺的工業(yè)機(jī)器人分揀則有著適應(yīng)范圍廣、隨時(shí)能變換作業(yè)對(duì)象和變換分揀工序的優(yōu)勢(shì)。工業(yè)機(jī)器人視覺分揀技術(shù)是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和機(jī)器視覺技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，在機(jī)械、食品、醫(yī)藥、化妝品等生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普及。

工業(yè)機(jī)器人視覺分揀項(xiàng)目通過對(duì)工件形狀、位置和顏色進(jìn)行識(shí)別，如圖7-1所示，完成工業(yè)機(jī)器人視覺分揀工件，并實(shí)現(xiàn)分揀后相同顏色工件入庫。平臺(tái)準(zhǔn)備任務(wù)一

視覺分揀工作站平臺(tái)布局與通信配置

輸送帶視覺分揀工作站包含：6軸工業(yè)機(jī)器人、井式供料模塊、圓心物料夾具、視覺模塊、輸送帶模塊模塊、倉儲(chǔ)模塊組成。其中這些模塊可快速拆卸組合和更換其他模塊代替亦能達(dá)到裝配訓(xùn)練的目的，根據(jù)訓(xùn)練任務(wù)的不同可單獨(dú)使用，也可自由組合使用。本次選用的為井式供料模塊（圓形黑白物料）和

輸送進(jìn)行物料運(yùn)輸，然后由視覺檢測(cè)進(jìn)行分類入庫的集成應(yīng)用。將所選模塊在桌面上合適位置安裝好，

將圓形手爪放置夾具庫1，將各模塊的型號(hào)線纜連接對(duì)接好，機(jī)械手抓取物料并進(jìn)行黑白物料檢測(cè)，白色輸出信號(hào)，放置與庫位上層，黑色信號(hào)

不輸出放置在庫位下層。圖7-2所示為電機(jī)裝配工作站的組成。任務(wù)一

視覺分揀工作站平臺(tái)布局與通信配置

以太網(wǎng)是一種基帶局域網(wǎng)技術(shù)，以太網(wǎng)通信是一種使用同軸電纜作為網(wǎng)絡(luò)媒體，采用載波多路訪問和沖突檢測(cè)機(jī)制的通信方式，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到1Gbit/s，可滿足非持續(xù)性網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?。比較通用的以太網(wǎng)通信協(xié)議是TCP/IP協(xié)議，TCP/IP協(xié)議與開放互聯(lián)模型ISO相比，采用了更加開放的方式，并被廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程。TCP/IP協(xié)議可以用在各種各樣的信道和底層協(xié)議(如T1、X.25以及RS一232串行接口)之上。確切地說，TCP/IP協(xié)議是包括TCP協(xié)議、IP協(xié)議、UDP(UserDatagramProtocol)協(xié)議、ICMP(InternetControlMessageProtoc01)協(xié)議和其他一些協(xié)議的協(xié)議組。任務(wù)一

視覺分揀工作站平臺(tái)布局與通信配置

視覺分揀工作站桌面布局如圖7-3所示，也可以根據(jù)自己的想法進(jìn)行桌面布局，模塊不變，其編程原理不變。本任務(wù)按圖7-3所示進(jìn)行機(jī)器人工作站的搭建，并進(jìn)行機(jī)器人與PLC通信配置。任務(wù)一

視覺分揀工作站平臺(tái)布局與通信配置1.項(xiàng)目學(xué)習(xí)準(zhǔn)備1）指導(dǎo)教師事先了解教學(xué)工業(yè)機(jī)器人視覺分揀實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的實(shí)物和周邊環(huán)境，做好預(yù)案（觀察路線、學(xué)生分組等）2）指導(dǎo)教師對(duì)操作的安全規(guī)范做出要求。2.認(rèn)識(shí)、觀察視覺分揀工作站組成與布局根據(jù)實(shí)訓(xùn)室獲生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的影響記錄，請(qǐng)同學(xué)們將視覺分揀工作站設(shè)備的組成記錄表7-2中，并將每個(gè)工作設(shè)備的作用進(jìn)行記錄；將實(shí)訓(xùn)室中的工作設(shè)備按照規(guī)定布局進(jìn)行合理安裝與檢查，并將工業(yè)機(jī)器人外部設(shè)備認(rèn)知學(xué)習(xí)記錄，見表7-3。

3.以太網(wǎng)通信模塊配置

任務(wù)二

人機(jī)界面與視覺模塊的設(shè)置

一、人機(jī)界面的概念

人機(jī)界面HMI是HumanMachineInterface的縮寫，也稱“人機(jī)接口”或是“人機(jī)界面”，它是工業(yè)機(jī)器、設(shè)備等和用戶之間進(jìn)行信息交互和轉(zhuǎn)換的媒介，它能夠?qū)崿F(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受的形式之間的轉(zhuǎn)換。一般情況下HMI也被稱作觸摸屏。HMI一般情況下和PLC進(jìn)行鏈接交互，通過人機(jī)交互界面，用戶就可直觀地獲取PLC中相關(guān)變量以及程序執(zhí)行情況的具體信息，當(dāng)然，用戶也可以通過交互界面直接進(jìn)行變量或是程序的更改、控制等操作。PLC和HMI硬件如圖7-15所示。

任務(wù)二

人機(jī)界面與視覺模塊的設(shè)置

二、機(jī)器視覺I/O連接

?？低暀C(jī)器視覺系統(tǒng)信號(hào)傳輸主要通過相機(jī)控制器和光源、機(jī)器人、PLC等外圍設(shè)備，其主要主要接口主要包括USB口、千兆網(wǎng)口、光源接口、HDMI接口、設(shè)備重啟開關(guān)、I/O接口、RS-232接口、RS-485接口以及電源接口等。

機(jī)器視覺I/O接口主要有11個(gè)管腳，各個(gè)管腳的定義如表7-9所示，主要包括4個(gè)輸入信號(hào)、4個(gè)輸出信號(hào)、1個(gè)輸入地，1個(gè)輸出地以及輸出電源正。任務(wù)二

人機(jī)界面與視覺模塊的設(shè)置三、VisionMaster機(jī)器視覺編程方法及操作步驟編程方法及步驟以特征匹配為例，特征匹配分為高精度特征匹配和快速特征匹配工具，此工具使用圖像的邊緣特征作為模板，按照預(yù)設(shè)的參數(shù)確定搜索空間，在圖像中搜索與模板相似的目標(biāo)，可用于定位、計(jì)數(shù)和判斷有無等。高精度特征匹配，其特性為匹配精度高，運(yùn)行速度會(huì)比快速匹配慢些。通過模板圖像的幾何特征學(xué)習(xí)模型，對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行查找匹配，操作步驟大致如下：（1）搭建特征匹配查找流程

特征匹配查找的使用流程大致如7-18所示：將特征匹配模塊拖入操作區(qū)，使用操作線將圖像源和特征匹配生成連接。然后選中特征匹配點(diǎn)擊右鍵選中輸入配置進(jìn)行配置輸入。任務(wù)二

人機(jī)界面與視覺模塊的設(shè)置

（2）模型訓(xùn)練

雙擊特征匹配模塊，進(jìn)入特征匹配參數(shù)配置界面。初次使用時(shí)需要編輯模板，點(diǎn)擊特征模板，點(diǎn)擊創(chuàng)建進(jìn)入模板配置界面。選中你需要編輯的模板區(qū)域，點(diǎn)擊訓(xùn)練模型然后點(diǎn)擊確認(rèn)即可；（3）模板匹配

生成相應(yīng)模板后，模板匹配工具還要根據(jù)需要去設(shè)置參數(shù)從而達(dá)到搜尋到所需要的模板，如7-19所示。還可以增加候選模板，第一個(gè)模板搜索失敗后可以啟用候選模板。將下方高級(jí)參數(shù)下拉打開，展開更多參數(shù)設(shè)置如圖7-20所示。任務(wù)二

人機(jī)界面與視覺模塊的設(shè)置（4）結(jié)果顯示

特征匹配結(jié)果判斷常用為數(shù)量判斷、角度判斷、尺度判斷，高級(jí)為X/Y尺度判斷、分?jǐn)?shù)判斷、匹配點(diǎn)X/Y判斷、中心點(diǎn)X/Y判斷，可根據(jù)所需要的范圍進(jìn)行設(shè)置判斷OK的范圍。圖像顯示可以調(diào)節(jié)檢測(cè)區(qū)域、匹配結(jié)果、匹配點(diǎn)、匹配輪廓點(diǎn)等的顯示和不顯示，還可以編輯顯示位置和顏色，如圖7-21所示。任務(wù)二

人機(jī)界面與視覺模塊的設(shè)置任務(wù)實(shí)施本任務(wù)是通過西門子博圖軟件編寫下圖7-24所示的人機(jī)交互界面程序。通過畫面的創(chuàng)建，掌握人機(jī)交互界面的背景、文字、圖形、變量與PLC關(guān)聯(lián)等的創(chuàng)建與編輯方法。此部分內(nèi)容以智能倉儲(chǔ)工作站HMI界面為例展示其具體創(chuàng)建過程。1.PLC與HMI設(shè)置步驟如下：1）在博圖軟件的項(xiàng)目視圖界面下創(chuàng)建HMI的新項(xiàng)目，如圖7-25所示，根據(jù)項(xiàng)目需求命名項(xiàng)目名稱，并選擇保存路徑；2）創(chuàng)建項(xiàng)目后，在“項(xiàng)目樹”功能下，根據(jù)實(shí)際設(shè)備型號(hào)，添加新設(shè)備，如圖7-26；3）根據(jù)實(shí)際硬件型號(hào)選擇對(duì)應(yīng)的版本號(hào)，如圖7-27所示；4）根基實(shí)際型號(hào)添加相應(yīng)的觸摸屏設(shè)備，如圖7-28所示；5）將HMI觸摸屏與PLC進(jìn)行連接，如圖7-29所示；

6）PLC硬件設(shè)備與HMI觸摸屏設(shè)置完成后如圖7-30所示；7）根據(jù)項(xiàng)目需求，可以刪除模板中不必要的元素，可以得到一個(gè)空的“根畫面”。在項(xiàng)目界面右側(cè)“工具箱”的“元素”下課添加一“按鈕”。根據(jù)需求可以重命名“按鈕”名稱（此處命名為“啟動(dòng)”），設(shè)置按鈕邊框及字體大小至合適，如圖7-31。任務(wù)二

人機(jī)界面與視覺模塊的設(shè)置

2.關(guān)聯(lián)HMI功能按鈕和PLC變量：1）配置PLC變量表。在“項(xiàng)目樹”中的PLC設(shè)備中打開“默認(rèn)變量表”，配置按鈕對(duì)應(yīng)的信號(hào)參數(shù)，如圖7-32。2）關(guān)聯(lián)“啟動(dòng)”按鈕和“啟動(dòng)”變量。實(shí)踐操作時(shí)，當(dāng)工作人員按下“啟動(dòng)”按鈕時(shí)，即為一個(gè)“事件”，因此需設(shè)置“事件”標(biāo)簽中的“按下”為“置位”，并且在“變量”位置選擇PLC設(shè)備中創(chuàng)建好的“啟動(dòng)變量”，即完成HMI按鍵和PLC變量之間的一個(gè)動(dòng)作關(guān)聯(lián)，如圖7-33。3）用相同方法設(shè)置“事件”標(biāo)簽中的“釋放”為“復(fù)位”，如圖7-34。3.黑白物料的視覺特征匹配檢測(cè)配置好相機(jī)參數(shù)后，保存數(shù)據(jù)并斷開相機(jī)連接，回到VisionMaster軟件中進(jìn)行項(xiàng)目的創(chuàng)建。主要模塊包括：（1）選擇相機(jī)圖像；（2）快速特征匹配；（3）條件檢測(cè)；（4）發(fā)送數(shù)據(jù)。視覺檢測(cè)模塊的具體配置步驟見表7-10所示。任務(wù)三

輸送帶模塊設(shè)置

輸送帶模塊準(zhǔn)備：輸送機(jī)上安裝光電傳感器與阻擋裝置，用以檢測(cè)與阻擋工件到位。調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶，運(yùn)輸多種不同的零件（圓形/矩形），傳送帶有啟停和調(diào)速功能。模塊適配標(biāo)準(zhǔn)電氣接口套件和軌跡跟隨套件，工業(yè)機(jī)器人通過數(shù)字量和模擬量對(duì)傳送帶進(jìn)行啟停和調(diào)速控制，配合軌跡跟隨套件完成對(duì)樣件的跟隨抓取。使用時(shí)，將該模塊安裝在桌面合適位置，配合圓形供料站或者矩形供料進(jìn)行配合使用，將驅(qū)動(dòng)器的電源插在攝像頭旁邊的重載插頭上，將綠色端子排連接至設(shè)備的另一端。通過面板式調(diào)速器設(shè)置好電機(jī)的參數(shù)即可，如圖7-35所示為輸送帶的實(shí)物圖。

任務(wù)三

輸送帶模塊設(shè)置任務(wù)實(shí)施1.輸送帶模塊輸入輸出信號(hào)設(shè)置輸送帶模塊的輸入輸出信號(hào)的設(shè)置如表7-14所示。任務(wù)三

輸送帶模塊設(shè)置2.輸送帶模塊的具體配置步驟（1）SF系列面板式調(diào)速器接線，SF系列面板式調(diào)速器接線圖如圖7-38所示。任務(wù)三

輸送帶模塊設(shè)置1）操作面板按鈕控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。①無需安裝K1、K2開關(guān)。②菜單設(shè)置：運(yùn)轉(zhuǎn)控制方式F-03選擇“1”或“4”操作面板按鈕控制。2）外接開關(guān)K1、K2控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)①必須安裝K1、K2開關(guān)。②菜單設(shè)置：運(yùn)轉(zhuǎn)控制方式F-Q3選擇“2”或者“3”外接開關(guān)控制。3）YF調(diào)速電機(jī)的功率必須與調(diào)速器適用電機(jī)功率一致。須注意核對(duì)調(diào)速器型號(hào)標(biāo)簽功率是否與電機(jī)功率一致。4）電源電壓必須與調(diào)速器電源電壓一致。QF為斷路器，在發(fā)生短路時(shí)保護(hù)調(diào)速器和調(diào)速電機(jī)，QF斷路器電流規(guī)格如表7-15所示。任務(wù)三

輸送帶模塊設(shè)置（2）SF系列面板式調(diào)速器菜單修改為保證安全，F(xiàn)-05、F-29參數(shù)修改必須在電機(jī)停止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行，否則無法設(shè)置，屏幕顯示為Err。具體菜單設(shè)置步驟如圖7-39所示。（3）SF系列面板式調(diào)速器參數(shù)設(shè)置。根據(jù)表7-16中參數(shù)所示意義，進(jìn)行相關(guān)設(shè)置任務(wù)四

視覺分揀工作站的編程應(yīng)用

一.視覺分揀工作站準(zhǔn)備與工作任務(wù)現(xiàn)有一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人智能檢測(cè)和裝配工作站，工作站由FANUC業(yè)機(jī)器人、上料單元、輸送單元、快換裝置、立體庫、稱重單元、繪圖模塊、視覺檢測(cè)單元等組成，物料檢測(cè)與入庫工作站各模塊布局如圖7-40所示。關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下工業(yè)機(jī)器人工作原點(diǎn)位置為[0°，0°，0°，0°，-90°，0°]。任務(wù)四

視覺分揀工作站的編程應(yīng)用

（1）L線性運(yùn)動(dòng)：L用于將工具中心點(diǎn)沿直線移動(dòng)至給定目的。當(dāng)TCP保持固定時(shí)，則該指令亦可用于調(diào)整工具方位。（2）J關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)：當(dāng)該運(yùn)動(dòng)無須位于直線中時(shí)，J用于將機(jī)械臂迅速地從一點(diǎn)移動(dòng)至另一點(diǎn)。機(jī)械臂和外軸沿非線性路徑運(yùn)動(dòng)至目的位置。所有軸均同時(shí)達(dá)到目的位置。（3）C圓弧運(yùn)動(dòng)：C用于圓弧運(yùn)動(dòng)方式，需要示教2個(gè)點(diǎn)位，圓弧上中間點(diǎn)以及末端點(diǎn)。（4）RO[1]=ON/OFF:用于置位和復(fù)位機(jī)器人專用I/O信號(hào)。（5）DO[115]=ON/OFF：用于置位和復(fù)位機(jī)器人數(shù)字I/O信號(hào)。（6）CALL：機(jī)器人程序調(diào)用指令。（7）WAIT:等待指令，可等待時(shí)間也，可等待信號(hào)。（8）IF：判斷指令。1.工作站輸入輸出信號(hào)配置視覺分揀工作站中輸入輸出信號(hào)的配置如表7-20所示。2.機(jī)器人的程序編寫及示教要求（1）機(jī)器人示教要求1）在進(jìn)行視覺分揀示教時(shí)，針對(duì)黑白料必須使用專用工具；2）工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行軌跡要求平緩流暢；3）因該工作站涉及的目標(biāo)點(diǎn)較多，可分解為多個(gè)子程序，每個(gè)子程序包含一個(gè)獨(dú)立的目標(biāo)點(diǎn)程序，在主程序中調(diào)用不同圖案的子程序即可，程序結(jié)構(gòu)清晰、利于查看修改。本項(xiàng)目將設(shè)置一個(gè)主程序和若干子程序。（2）設(shè)計(jì)機(jī)器人程序流程圖

根據(jù)機(jī)器人控制功能，設(shè)計(jì)機(jī)器人程序流程圖，如圖7-44所示，其動(dòng)作包括系統(tǒng)初始化，機(jī)器人