CN110355759A - 一种基于视觉的工业机器人涂胶控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视觉的工业机器人涂胶控制系统，包括运动控制器、键盘显示板、示教盒、电机驱动器、摄像机、图像采集盒、图像采集模块、计算及存储单元和执行模块，其中，示教盒与运动控制器采用串口进行通信,通过发送命令数据完成对涂胶机器人的控制,同时读取示教点的坐标信息,人工输入涂胶任务作业参数,将这些任务数据打包作为任务数据传输给运动控制器,进行任务数据的解析和存储；本发明的有益效果是：采用TMS320F2812作为核心控制芯片,将轨迹离线计算改为实时计算,减少了任务数据的存储数量；采用视觉定位技术,满足了产品的涂胶要求,开发能够满足工业生产的需求的涂胶机器人,提高生产效率和产品质量,产生巨大的经济效益和社会效益。

Description

一种基于视觉的工业机器人涂胶控制系统

技术领域

本发明属于工业机器人技术领域，具体涉及一种基于视觉的工业机器人涂胶控制系统。

背景技术

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

涂胶技术被广泛应用于电声领域扬声器膜片的粘接；随着电子产品尺寸的减小，涂胶工艺难度增大，采用涂胶机器人完成涂胶工艺成为提高涂胶质量和生产效率的有效途径。

采用人工涂胶，产品质量难以保证且生产效率低下，为了更好的适应市场经济发展的需要，提高生产率，提高产品质量，改善工人劳动条件，为此我们提出一种基于视觉的工业机器人涂胶控制系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于视觉的工业机器人涂胶控制系统，以解决上述背景技术中提出的采用人工涂胶，产品质量难以保证且生产效率低下，为了更好的适应市场经济发展的需要，提高生产率，提高产品质量，改善工人劳动条件。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于视觉的工业机器人涂胶控制系统，包括运动控制器、键盘显示板、示教盒、电机驱动器、摄像机、图像采集盒、图像采集模块、计算及存储单元和执行模块，其中，

示教盒与运动控制器采用串口进行通信,通过发送命令数据完成对涂胶机器人的控制,同时读取示教点的坐标信息,人工输入涂胶任务作业参数,将这些任务数据打包作为任务数据传输给运动控制器,进行任务数据的解析和存储；

键盘显示板通过LED显示的数字,表明当前机器人的工作状态,通过键盘输入,完成对涂胶机器人的控制,以及作业任务参数基点的选择；

运动控制器是该控制系统的核心,向驱动器发脉冲加方向信号控制步进电机,实现机器人末端安装示教轨迹运行；

通过图像采集模块、计算及存储单元对工件进行定位,将目标涂胶作业点的位置信息通过工业计算机的串口发送到涂胶机器人的运动控制器,运动控制器发出控制命令,由涂胶机器人的执行模块完成涂胶的动作。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述运动控制器的型号为TMS320F2812。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述运动控制器的软件设计包括分层设计、模块化设计。

作为本发明的一种优选的技术方案，通过工业计算机的232串口发送到涂胶机器人的运动控制器。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述摄像机的型号为VS-902。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述图像采集盒为MV-U2000。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述图像采集盒的接口为USB 2.0。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)采用TMS320F2812作为核心控制芯片,将轨迹离线计算改为实时计算,减少了任务数据的存储数量；

(2)采用视觉定位技术,满足了产品的涂胶要求,开发能够满足工业生产的需求的涂胶机器人,提高生产效率和产品质量,产生巨大的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明的运动控制器框图；

图2为本发明的运动控制器软件结构图；

图3为本发明的任务数据组成格式。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1、图2和图3，本发明提供一种技术方案：一种基于视觉的工业机器人涂胶控制系统，包括运动控制器、键盘显示板、示教盒、电机驱动器、摄像机、图像采集盒、图像采集模块、计算及存储单元和执行模块，其中，

示教盒与运动控制器采用串口进行通信,通过发送命令数据完成对涂胶机器人的控制,同时读取示教点的坐标信息,人工输入涂胶任务作业参数,将这些任务数据打包作为任务数据传输给运动控制器,进行任务数据的解析和存储；

键盘显示板通过LED显示的数字,表明当前机器人的工作状态,通过键盘输入,完成对涂胶机器人的控制,以及作业任务参数基点的选择；

运动控制器是该控制系统的核心,运动控制器的型号为TMS320F2812，向驱动器发脉冲加方向信号控制步进电机,实现机器人末端安装示教轨迹运行；

通过图像采集模块、计算及存储单元对工件进行定位,将目标涂胶作业点的位置信息通过工业计算机的232串口发送到涂胶机器人的运动控制器,运动控制器发出控制命令,由涂胶机器人的执行模块完成涂胶的动作。

运动控制器的型号为TMS320F2812，该芯片资源丰富,最高主频可达150MHZ,数据处理能力强,同时扩充了控制芯片的FLASH和RAM,适合工业大数据,多任务的存储,满足了涂胶机器人的要求；现对运动控制器资源分配如下：

1.存储器分配：

由于该运动控制器要满足涂胶机器人工业生产的要求,TMS320F2812片内的存储资源远远不够,因此外扩了FLASH和RAM,FLASH程序存储器分配中断向量表和程序主体；RAM为数据缓冲区和自定义变量空间，由于TMS320F2812的FLASH具有加密功能,注意不要无意在加密空间中写入程序；

2.中断分配：

本系统采用的中断有三个：定时器1中断；SCI串口接收中断和DSP外部键盘响应中断；

3.DSP内部各模块功能分配：

事件管理器：TMS320F2812拥有事件管理器A和事件管理器B,每个事件管理器有两个独立的定时器,可以发出4路不同频率的PWM波,用来控制四个步进电机的转速；

串行通信接口SCI：控制器与示教盒进行通信,完成涂胶机器人作业任务的示教以及任务数据的下载；

JTAG接口：高级仿真特性硬件接口,可以进行在线程序调试,不占用系统资源，利用PC机和TI提供的DSP仿真器,就可以在PC机上运行软件,进行程序的调试工作；

CAN通讯接口：该接口为备用接口,为运动控制器的升级做备用；

4.I/O口的预留：

运动控制器中预留了I/O口,可以根据产品生产需要弹性增加硬件装置如:加热、吸附、爪手等；

5.信号处理：

TMS320F2812采用了静态CMOS技术,电平1逻辑电平电压接近3.3V,逻辑电平接近于0V,而TTL电平输出高电压大于2.4V,输出电平小于0.4V,因此需要进行电平转换,从而确保DSP与外围芯片的通讯。

运动控制器的软件设计包括分层设计、模块化设计；分层设计提高各层软件程序的独立性,每一层软件仅能调用低一层次的软件提供的接口与服务；采用模块化设计：同一层模块间无关联,模块间的结合度尽量采用数据结合的方式；控制器软件系统划分为管理层和控制层两层软件，管理层包括人机界面显示、程序的下载、任务示教、任务选择、急停、复位等，该类任务的实时性要求不高,通过增加管理层的子程序可以进一步增加系统的功能；系统的控制层包括涂胶控制、实时插补运动控制、速度控制、开关量的控制等,该类软件接口属于底层的被调用的函数,用于完成响应管理层函数，运动控制器软件系统还包括系统的初始化、数据的传输、数据包的解析以及运动插补程序的预处理等，这些软件结构函数为涂胶机器人各个管理层软件和控制层软件的完善运行提供了有利的支持。

初始化子程序及主程序：

系统初始化程序完成各个功能模块的初始化,包括：事件管理器A、事件管理器B的初始化；串口SCI寄存器的初始化；键盘显示板初始化；全局变量的初始化；初始化串口设定其波特率115200bps,数据格式为无校验,8个数据位,1个停止位；运动控制器通过响应键盘显示板和示教盒的中断,实现对作业人员对涂胶机器人的控制，系统的主循环程序通过不断地检测全局变量,实现对管理层函数的调用,同时管理层软件会根据任务和命令的要求,进一步执行子程序和控制层软件子程序，从而实现的了程序结构的自上而下的调度,使得运动控制器的软件程序流程简单,软件维护方便。

示教运动模块：

对涂胶机器人进行任务示教,方便了操作人员对涂胶机器人的控制,因此示教模块的软件是涂胶机器人运动控制器软件中比较重要的一部分，在示教模块中,有两种模块供用户选择：示教模式和坐标模式；示教模式为实时的控制机器人运动到任务轨迹上一点,一段线段由两个点组成,则示教的时候只是示教线段的起始点和终点；一段圆弧由非共线的三个点组成,则示教的时候只需要示教圆弧的起始点、终点和圆弧轨迹上的任意一点；为了确保示教的效率和精度,示教模式下分为连续运动和点动示教,首先采用连续示教的方式,引导涂胶机器人的末端到达目标位置,然后采用点动示教的模式,使得涂胶机器人的末端精确定位，在读取该点坐标信息的同时,还需要在打包该点信息中添加涂胶工艺信息和设定运动参数，以此达到示教的目的，坐标模式指输入坐标值,涂胶机器人通过串口通讯读取坐标值,引导涂胶机器人到指定的位置。

涂胶工艺任务模块：

设备开机之后首先应该将涂胶机器人复位,涂胶机器人找到系统的绝对零点后,作业人员将工件夹装在载物台上，如果夹具是第一次安装,则需要通过键盘显示板的操作,对涂胶机器人进行基点调整,否则直接进入任务选择的操作；通过控制面板的操作,选择所对应的任务,把任务信息从FLASH中调到RAM中,按运行键涂胶机器人即开始完成作业任务,涂胶机器人在涂胶之前,首先运动到整个任务的涂胶起始点上方一定高度,然后使能涂胶信号,打开涂胶控制器,进行涂胶。

控制器与示教盒通信协议的制定：

控制器与示教盒通信协议的制定是涂胶机器人控制系统中的一个非常重要的组成部分，作业人员可以通过示教的方式,完成涂胶作业任务的信息编辑,因此,需要定制运动控制器与示教盒的通信协议,方便与涂胶机器人控制之间的交互；协议的制定原则是既应该方便对数据包组包,也应该利于涂胶机器人对数据包的解析,同时要具有一定的容错性,提高数据传输时的抗干扰性,能够对数据进行校验,判断传输的数据正确与否；示教盒与涂胶机器人的交互包括两种,一种是对涂胶机器人发出的命令,另一种是与涂胶机器人之间传输的任务数据；命令包括在进行机器人调试、轨迹示教、请求数据上传和数据下载等情况下使用；数据是指一个示教任务完成之后,将该任务信息通过数据传输发送到涂胶机器人运动控制器中,运动控制器根据发送来的数据进行分析和预处理,以任务的形式存储起来。

任务数据分析和存储：

关于任务、图元、图点的定义，任务是指涂胶机一次运行过程中涂胶机器人末端所经过的整个涂胶轨迹,是图元的集合,这些图元可以是连接的,也可以是不连接的，图元是指涂胶过程中轨迹的抽象,它包括线段、圆弧和阵列点；图元元素是指获取图元信息的基本图点,一条线段由起始点和结束点组成,一条圆弧不再同一条直线的三个点组成,阵列点由一个点组成,进一步对这些点分类抽象可以分为起始点、中间点、圆弧点、结束点等，在涂胶信号一次使能和停止中,图元点至少包括一个起始点和一个结束点,或者为单一的阵列点；在示教的过程中,作业人员可以通过示教盒,完成示教点坐标信息的存储,同时作业人员输入涂胶工艺信息与运动参数的信息；通过组合图点的数据信息,可求出图元的坐标、涂胶工艺参数、运行参数；示教盒传输到涂胶机器人运动控制器上的任务数据中包含了涂胶机器人涂胶轨迹拟合所需要的基本信息参数、设备的运行参数以及涂胶工艺参数等；涂胶机器人运动控制器首先应该把传输来的数据进行解析,将解析之后的任务信息存储到运动控制器的FLASH中；任务数据的分析包括数据包的解析、图元所需点的图元点的组合、涂胶工艺参数提取、图元运行参数提取等。

摄像机的型号为VS-902。

图像采集盒为MV-U2000，作为将摄像头采集的模拟图像数据转化为数字图像的器件，图像采集盒采用USB 2.0接口将图像数据最终传递给计算机实时显示并存储。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于视觉的工业机器人涂胶控制系统，其特征在于，包括运动控制器、键盘显示板、示教盒、电机驱动器、摄像机、图像采集盒、图像采集模块、计算及存储单元和执行模块，其中，

示教盒与运动控制器采用串口进行通信,通过发送命令数据完成对涂胶机器人的控制,同时读取示教点的坐标信息,人工输入涂胶任务作业参数,将这些任务数据打包作为任务数据传输给运动控制器,进行任务数据的解析和存储；

键盘显示板通过LED显示的数字,表明当前机器人的工作状态,通过键盘输入,完成对涂胶机器人的控制,以及作业任务参数基点的选择；

运动控制器是该控制系统的核心,向驱动器发脉冲加方向信号控制步进电机,实现机器人末端安装示教轨迹运行；

通过图像采集模块、计算及存储单元对工件进行定位,将目标涂胶作业点的位置信息通过工业计算机的串口发送到涂胶机器人的运动控制器,运动控制器发出控制命令,由涂胶机器人的执行模块完成涂胶的动作。

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉的工业机器人涂胶控制系统，其特征在于：所述运动控制器的型号为TMS320F2812。

3.根据权利要求2所述的一种基于视觉的工业机器人涂胶控制系统，其特征在于：所述运动控制器的软件设计包括分层设计、模块化设计。

4.根据权利要求1所述的一种基于视觉的工业机器人涂胶控制系统，其特征在于：通过工业计算机的232串口发送到涂胶机器人的运动控制器。

5.根据权利要求1所述的一种基于视觉的工业机器人涂胶控制系统，其特征在于：所述摄像机的型号为VS-902。

6.根据权利要求1所述的一种基于视觉的工业机器人涂胶控制系统，其特征在于：所述图像采集盒为MV-U2000。

7.根据权利要求6所述的一种基于视觉的工业机器人涂胶控制系统，其特征在于：所述图像采集盒的接口为USB 2.0。