基于虛擬仿真的工件機(jī)器人分揀工作站系統(tǒng)硬件選擇綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u20209基于虛擬仿真的工件機(jī)器人分揀工作站系統(tǒng)硬件選擇綜述 1299641..1工業(yè)相機(jī)的選擇 1153021..2光源的選擇 283601..3分揀機(jī)器人的選擇 2231111..4車輪驅(qū)動(dòng)方式的選擇 3313041..5機(jī)器人抓取物塊方案的選擇 4252401..6顏色識(shí)別方案的選擇 49911..7機(jī)器人分揀工作站總體設(shè)計(jì) 41..1工業(yè)相機(jī)的選擇在整個(gè)在虛擬系統(tǒng)當(dāng)中，圖像采集是整個(gè)系統(tǒng)的基石。而圖像采集工作是通過工業(yè)相機(jī)來完成。工業(yè)相機(jī)作為虛擬仿真系統(tǒng)的核心部件，其本質(zhì)功能就是將輸入的光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)輸出，相機(jī)的性能直接決定了采集到圖像的質(zhì)量、清晰度以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。工業(yè)相機(jī)相比普遍相機(jī)有著更高的穩(wěn)定性、更強(qiáng)抗干擾能力和超強(qiáng)傳輸功能。我們?cè)谶x擇工業(yè)相機(jī)時(shí)，需要考慮以下幾個(gè)步驟：焦距、最大幀率、像素深度、工作距離、感光度。本項(xiàng)目選用高清數(shù)碼相機(jī)MV-1300UM。參數(shù)如下：分辨率1280*1024，幀率15fps，像素大小5.2μm*5.2μm，視野FOV為64mm*48mm，物距128.3mm，失真<0.07%，網(wǎng)格分辨率0.4μm，精度±5μm，傳感器類型：噪聲級(jí)，信噪比>45db，動(dòng)態(tài)范圍：60db，電源功率要求：5V，功耗<2.25w，外形尺寸53*54*54。綜合選用德國TheImagingSource公司的工業(yè)相機(jī)DFK33G445。該款相機(jī)傳輸性能極強(qiáng)。就算將數(shù)據(jù)傳輸擴(kuò)大到100米以外也能夠很好的吸收數(shù)據(jù)。同時(shí)還提供了多項(xiàng)輸入輸出、同步閃頻與外觸發(fā)等選項(xiàng)。能夠滿足不同的虛擬觸發(fā)要求。相機(jī)的幀率最高可達(dá)30pfs，完全滿足本系統(tǒng)中傳輸機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度。鏡頭則選用TheImagingSource的HO514-MP2百萬像素光學(xué)鏡頭。圖1.相機(jī)參數(shù)1..2光源的選擇光源在該系統(tǒng)中的功能是將光線投射到等待檢測的物體上，投射完成后對(duì)區(qū)分物體的對(duì)比度，好的光源能夠改善整個(gè)系統(tǒng)的分辨率，減輕后續(xù)圖像處理的壓力。不合適的光源，會(huì)給系統(tǒng)帶來很多麻煩。如工業(yè)相機(jī)的過度曝光。光源系統(tǒng)能夠控制的也就是折射和散射兩種方式，這兩這取決于光源的類型和光源放置的位置。光源的均勻性是虛擬仿真系統(tǒng)的首要要求，而且光強(qiáng)隨距離和角度會(huì)衰竭。其次是光源的光譜，光譜主要是取決于光源類型或鏡頭的濾光片性能。我們?cè)谏钪谐Ｓ玫恼彰鞴庠从校蝴u鎢燈、熒光燈、LED等。在虛擬仿真系統(tǒng)中，綜合考慮其光譜特征、效率及費(fèi)用，一般優(yōu)先選用LED作為照明光源，其節(jié)能省電的功能被人群廣泛接受并使用。常用的照明方式有前光源、背光源、環(huán)形光源、點(diǎn)光源、可調(diào)光源等。背光源主要應(yīng)用與被測零件的輪廓檢測，且背光源在照射被測物體時(shí)，會(huì)形成不透明物體的陰影，使其不能夠觀察到內(nèi)部的待測物體。而前光源通常是放在待測物體上方的光源，又分為高角度和低角度。在選擇的時(shí)候，要考慮到被測物體便面的物體的肌理并選擇相對(duì)應(yīng)的光源。再就是環(huán)形光源，環(huán)形光源通常采用LED按圓周排列，能夠?yàn)榇郎y物體提供大面積的均衡的照明，而且環(huán)形光源的優(yōu)點(diǎn)就是可以直接安裝在鏡頭上。它的優(yōu)點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)大面積的照明，對(duì)待測物體表面的肌理更是反射很好。1..3分揀機(jī)器人的選擇工業(yè)機(jī)器人是虛擬分揀工作站的核心組成部分，是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它性能的優(yōu)劣直接決定著分揀工作站的分揀速度上限以及系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性。工業(yè)機(jī)器人有很多種類型，如：焊接機(jī)器人、噴涂機(jī)器人、切割機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、分揀機(jī)器人等等。在選擇機(jī)器人的時(shí)候我們要注意各個(gè)機(jī)器人用途的不一樣其工作性能也大相徑庭。就好像搬運(yùn)機(jī)器人能承載的物品比較重，負(fù)載力很大；而分揀機(jī)器人能夠快速準(zhǔn)確的抓取待測的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，這就更適合分揀。除此之外，在選擇時(shí)，還需要機(jī)器人的最大負(fù)載力、最大運(yùn)動(dòng)范圍、最快的運(yùn)動(dòng)速度、機(jī)器人的工作范圍、機(jī)器人重復(fù)復(fù)位的精確度。最大負(fù)載力：機(jī)器人末端可承受的最大重量。對(duì)待測物體的重量的選擇也有限制。最大運(yùn)動(dòng)范圍：指機(jī)器人在工作時(shí)運(yùn)行的最大范圍，這關(guān)乎到待測物品的擺放距離。最快的運(yùn)動(dòng)速度：指的是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)最快時(shí)達(dá)到的速度是多少。重復(fù)復(fù)位的精確度：復(fù)位是指機(jī)器人在完成一個(gè)動(dòng)作以后再回到原來的地方。在完成一個(gè)動(dòng)作繼續(xù)完成一樣的動(dòng)作。重復(fù)復(fù)位的份分揀定位要求小于1mm，而且機(jī)器人的重復(fù)復(fù)位的精確度越高越好。所以經(jīng)過慎重的選擇。我們選擇瑞士的分揀機(jī)器人做相關(guān)研究?？紤]到ABBIRB360和FANUCM-2iA分揀機(jī)器人性能都不錯(cuò)，所以我們就對(duì)他們做了一個(gè)簡單的分析。詳細(xì)的技術(shù)參數(shù)如下表所示。圖1.2分揀機(jī)器人技術(shù)參數(shù)1..4車輪驅(qū)動(dòng)方式的選擇在該設(shè)計(jì)中，考慮到該分揀工作站的需求分析，需要對(duì)小車運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)向控制的精度要求非常高，所以在選擇的時(shí)候，選擇小車車輪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)類型選擇關(guān)乎到整個(gè)分揀工作站流程的實(shí)現(xiàn)。在做了一些比較與分析過后，發(fā)現(xiàn)雖然直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)簡單方便，但是其精確度較差，而且再進(jìn)行工作的時(shí)候的系統(tǒng)對(duì)小車轉(zhuǎn)向控制非常困難；而正好步進(jìn)電機(jī)能夠根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定好的輸入脈沖個(gè)數(shù)從而控制小車轉(zhuǎn)向的角度，該方法比較實(shí)用，且正好適用該系統(tǒng)而且控制簡單其成本也較低，只是精度仍然較低；該系統(tǒng)對(duì)伺服電機(jī)比系統(tǒng)對(duì)前兩種電機(jī)的控制相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，但可實(shí)時(shí)地檢測電機(jī)的速度，控制精度較高，最終在該設(shè)計(jì)中選擇PARALLAX型伺服電機(jī)作為小車前車輪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，小車后輪則采用隨動(dòng)萬向輪起到平衡作用。1..5機(jī)器人抓取物塊方案的選擇機(jī)器人抓取物塊的方法及過程是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)分揀工作站的重要步驟。而機(jī)器人在抓取時(shí)用機(jī)器手來實(shí)現(xiàn)。而機(jī)械手的種類非常多、有電動(dòng)式、氣動(dòng)式、液壓式、機(jī)械式等，但是通過對(duì)比分析之后發(fā)現(xiàn)，除了成本高，機(jī)械手的結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，不能很好地安裝和識(shí)別工作過程的實(shí)施和操作。根據(jù)所選小車的結(jié)構(gòu)和材料的形狀，利用小方向盤制作的線鉤來實(shí)現(xiàn)類似機(jī)械手的功能。當(dāng)小車處于物料位置時(shí)，單片機(jī)向小型轉(zhuǎn)向裝置發(fā)送信號(hào)，將物料和鐵絲鉤鉤在小車自身的前爪上進(jìn)行固定。如果在推動(dòng)物體塊前進(jìn)的同時(shí)汽車轉(zhuǎn)彎，小方向盤會(huì)升起鐵絲鉤，汽車將繼續(xù)移動(dòng)，直到材料被推進(jìn)到位。汽車重復(fù)這個(gè)動(dòng)作來完成運(yùn)輸工作。1..6顏色識(shí)別方案的選擇機(jī)器人要搬運(yùn)的物料有綠、白、紅、黑、藍(lán)五種顏色，因此準(zhǔn)確地識(shí)別出物料的顏色非常重要。任何顏色都是由紅、藍(lán)、綠三種基色按照不同的比例組成的，然后根據(jù)每一種顏色的紅、藍(lán)、綠的大小來區(qū)分材料的顏色，在設(shè)計(jì)中可以使用TCS230顏色傳感器。TCS230可以在不需要ADC轉(zhuǎn)換的情況下實(shí)現(xiàn)每個(gè)彩色通道10位以上的分辨率。它包含許多可通過編程配置的硅光電二極管陣列，包括電流/頻率轉(zhuǎn)換。TCS230傳感器的曝光范圍為250～1，輸出序列為2Hz～500kHz，與光強(qiáng)呈線性關(guān)系。波形為50%占空比的方波，用戶可通過程序輸出選擇頻率，TCS230的輸出和輸入腳可直接連接單個(gè)白、紅、黑、藍(lán)、綠或其他邏輯電路。通過對(duì)引腳的輸入信號(hào)進(jìn)行編程，可以調(diào)整濾波器的顏色。只輸出特定的原色，識(shí)別待檢對(duì)象中的紅、藍(lán)、綠成分。1..7機(jī)器人分揀工作站總體設(shè)計(jì)為