上下料机器人视觉控制系统的研究

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随着机器人技术的不断进步，工业领域对机器人的要求越来越高，在数控加工领域，换刀和上下料机器人正越来越多的替代人工完成机床的换刀和上下料。由于零件的形状各异，如何让机器人识别并抓取待加工零件成为设计上下料机器人的难题之-， 使用机器视觉技术可以有效鳃决零件的识别和定位这-难题。通过对摄像机采集的图像进行图像增强、分割和模式识别来获取零件空间坐标信息，通过串口通信将零件坐标信息发送给机器人，实现机床的自动上下料ll。

机器视觉技术是近年来研究的热点之-。视觉技术有效的引入到工业设备之中，就像给设备-双明亮的眼睛”目。目前，机器视觉的技术的设计难点有以下几个方面，第-是光源打光的稳定性，因为光照只要发生(10～2O)%的变化 ，测量结果就可能发生(1-2)个像素的偏差；其次是标定，-般高精度测量时需要对摄像机进行标定，目前的标定算法都是基于平面的标定，如果待测物体是非平面的，就需要-些特种算法来处理，有些情况下不方便使用标定板，则需要设计特殊的标定方法。

2总体方案设计上下料机器人视觉控制系统主要由图像采集卡、镜头、工业相机、机器人、运动控制单元、计算机以及图像处理软件组成。工业相机通过 1394接口与图像采集卡相连，图像采集卡通过 PCI插槽与计算机相连。首先，对摄像机进行标定，确定图像坐标 与实际坐标之问的关系矩阵，该关系矩阵将作为编制视觉控制软件的参数，用于计算图像点对应的空间坐标；其次，确定光源的打光方式，机器视觉系统中最关键的-个方面就是选择正确的照明，机器视觉光源直接影响到图像的质量，进而影响到系统的性能；再其次，确定图像处理的方案，对图像进行图像增强、图像分割并进行图像匹配，确定目标的图像坐标 ，根据图像坐标和关系矩阵求出目标的空间坐标；最后，将空间坐标通过串口传送至机器人，机器人接收到信息并执行动作实现上下料。

3核心部件选型3.1工业相机和镜头选型设备主要用于识别尺寸在(150xl50)mm的二维机械零件，视角范围选在(1.5x2)m，因此选用某有限公司的 IK145M工业相机，该款工业相机的分辨率达到(1392x1040)，曝光时间在(40.8-512)ms之间，光学尺寸为 1/2”，帧频为 7.5fps，传感器类型输出方式为CCD。根据视角范围和相机分辨率可以确定该视觉系统的精度为 1500mm/10401.44mm，如果使用亚像素细分法，系统的精度可以达到 0.14mm，可以满足设备的精度要求。

来稿日期：2012-10-05基金项目：机器人学国家重点实验室开放课题资助项目(RLO201006)；苏州市应用基础研究(工业)计划资助项目(SYG201129)常州市科技支撑计划(工业)资助项目(CE20110059)作者简介：顾寄南，(1964-)，男，江苏镇江人，教授，主要研究方向：视觉控制及分析仿真技术