一種智能化引導式機械手視覺系統(tǒng)及其工作方法
【技術領域】
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[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)自動化技術領域，具體是涉及一種智能化引導式機械手時視覺系統(tǒng)及其工作方法。
【背景技術】
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[0002]機械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。機械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機器人，它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。隨著工業(yè)4.0時代的到來，工業(yè)自動化的水平要求越來越高。機械手作為工業(yè)自動化領域中的重要成員，對機械手的控制要求也更加智能化。而機器視覺、圖像處理等技術的發(fā)展，為機械手增加了“眼睛”，增加機械手的自主能力，提高其靈活性、適用性。
[0003]但是現(xiàn)有的機械手視覺系統(tǒng)的應用中，通常使用不同廠家生產(chǎn)的各式各樣的機械手和不同的視覺系統(tǒng)，各個廠家技術封閉，不同廠家之間的機械手通訊協(xié)議不一致，不能實現(xiàn)機械手與視覺系統(tǒng)之間可靠穩(wěn)定的通訊，因此機械手和視覺系統(tǒng)不能快速配置，導致機械手視覺系統(tǒng)不能很好地融合為一體，且現(xiàn)有的機械手視覺系統(tǒng)處理速度慢，處理過程繁瑣，智能化程度低。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]為此，本發(fā)明所要解決的技術問題在于現(xiàn)有技術中用于機械手視覺系統(tǒng)中的不同廠家生產(chǎn)的各種機械手和視覺系統(tǒng)之間通訊協(xié)議不一致，機械手與視覺系統(tǒng)不能快速配置，導致機械手視覺系統(tǒng)不能很好的融合為一體，且現(xiàn)有的機械手視覺系統(tǒng)處理速度慢、處理過程繁瑣、智能化程度低，從而提出一種智能化引導式機械手視覺系統(tǒng)及其工作方法。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案如下:
[0006]一種智能化引導式機械手視覺系統(tǒng)，包括:
[0007]機械手，所述機械手用于實現(xiàn)對工件的抓取處理。
[0008]工業(yè)相機，所述工業(yè)相機用于獲取工件圖像。
[0009]工控機，所述工控機內(nèi)安裝有基于NI Vis1n Builder平臺開發(fā)設置的相機拍照功能模塊、圖像處理功能模塊、工控機與機械手通訊功能模塊、工業(yè)相機與機械手快速配置功能模塊，用于實現(xiàn)控制所述工業(yè)相機拍照、對獲取的工件圖像進行圖像處理、工控機與所述機械手進行通訊、工業(yè)相機與機械手快速配置的功能。
[0010]作為上述技術方案的優(yōu)選，所述工控機與機械手通訊功能模塊采用基于以太網(wǎng)通用通訊模塊。
[0011]作為上述技術方案的優(yōu)選，所述基于以太網(wǎng)通用通訊模塊具體包括:
[0012]通信端口確立子模塊，用于將所述機械手的控制器作為服務器，將所述工控機作為客戶端。
[0013]服務器設置子模塊，用于對所述機械手進行二次開發(fā)，利用計算機語言編寫服務器程序代碼，并將所述服務器程序代碼編譯鏈接成可執(zhí)行程序，將所述可執(zhí)行程序安裝到所述機械手的控制器中，所述可執(zhí)行程序作為一個任務在所述機械手內(nèi)執(zhí)行。
[0014]服務器建立通信連接子模塊，用于在所述機械手的控制器通電時自動啟動所述任務，建立以太網(wǎng)通信的服務器并請求等待客戶端連接。
[0015]客戶端與服務器通訊子模塊，用于所述客戶端接收所述服務器的連接請求，所述客戶端與所述服務器根據(jù)自定義通用通訊協(xié)議進行通訊，實現(xiàn)工控機對機械手的控制。
[0016]作為上述技術方案的優(yōu)選，所述客戶端與服務器通訊子模塊中:
[0017]所述自定義通用通訊協(xié)議定義多個通訊命令，所述通訊命令包括對所述機械手的啟動、暫停、繼續(xù)運行、獲取、設置變量的控制操作。
[0018]作為上述技術方案的優(yōu)選，所述通訊命令通過在所述可執(zhí)行程序中調(diào)用API函數(shù)集實現(xiàn)對所述機械手的控制操作。
[0019]作為上述技術方案的優(yōu)選，所述工業(yè)相機與機械手快速配置功能模塊通過修改所述圖像處理功能模塊中的參數(shù)實現(xiàn)不同的工業(yè)相機與不同機械手之間的快速配置。
[0020]一種智能化引導式機械手視覺系統(tǒng)工作方法，包括如下步驟:
[0021]S1:機械手運行至固定的拍照位置。
[0022]S2:所述機械手通過工控機與機械手通訊功能模塊與工控機建立通訊連接。
[0023]S3:所述機械手向所述工控機發(fā)送拍照命令，發(fā)送完成后所述機械手進入等待狀
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[0024]S4:所述工控機控制工業(yè)相機對工件進行拍照，獲取工件圖像。
[0025]S5:所述工控機通過圖像處理模塊對所述工件圖像進行圖像處理，獲取所述工件所處的狀態(tài)、位置坐標及相對于標定點的位置偏移量。
[0026]S6:所述工控機通過工控機與機械手通訊功能模塊將所述位置偏移量和繼續(xù)運行的通訊命令發(fā)送給所述機械手。
[0027]S7:所述機械手根據(jù)接收的位置偏移量和繼續(xù)運行的通訊命令運行到所述工件位置處進行抓取處理。
[0028]本發(fā)明的有益效果在于:其通過在工控機內(nèi)安裝基于NI Vis1n Builder平臺開發(fā)設置的相機拍照功能模塊、圖像處理功能模塊、工控機與機械手通訊功能模塊、工業(yè)相機與機械手快速配置功能模塊，實現(xiàn)控制所述工業(yè)相機拍照、對獲取的工件圖像進行圖像處理、工控機與所述機械手進行通訊、工業(yè)相機與機械手快速配置的功能。采用基于以太網(wǎng)通用通訊模塊來實現(xiàn)工控機與機械手通訊的功能，突破了不同廠家各式各樣的機械手通訊協(xié)議與視覺系統(tǒng)的結合，實現(xiàn)了機械手與工控機之間穩(wěn)定可靠的通訊；采用工業(yè)相機與機械手快速配置功能模塊建立了快速便捷、引導式機械手視覺系統(tǒng)；采用圖像處理功能模塊可以針對單一或多數(shù)不同對象進行識別、建立視覺算法，簡化繁瑣過程，處理速度快，智能化程度高。
【附圖說明】
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[0029]以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中:
[0030]圖1為本發(fā)明一個實施例的一種智能化引導式機械手視覺系統(tǒng)框圖；
[0031]圖2為本發(fā)明一個實施例的一種智能化引導式機械手視覺系統(tǒng)工作方法流程圖；
[0032]圖3為本發(fā)明一個實施例的一種智能化引導式機械手視覺系統(tǒng)示意圖；
[0033]圖4為本發(fā)明一個實施例的一種在NI Vis1n Builder中搭建的智能化引導式機械手視覺系統(tǒng)結構圖。
【具體實施方式】
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[0034]實施例1
[0035]如圖1所示，本發(fā)明的智能化引導式機械手視覺系統(tǒng)，包括:機械手、工業(yè)相機和工控機。
[0036]所述機械手用于實現(xiàn)對工件的抓取處理。
[0037]所述工業(yè)相機用于獲取工件圖像。
[0038]所述工控機內(nèi)安裝有基于NI Vis1n Builder平臺開發(fā)設置的相機拍照功能模塊、圖像處理功能模塊、工控機與機械手通訊功能模塊、工業(yè)相機與機械手快速配置功能模塊，用于實現(xiàn)控制所述工業(yè)相機拍照、對獲取的工件圖像進行圖像處理、工控機與所述機械手進行通訊、工業(yè)相機與機械手快速配置的功能。其中NI Vis1n builder是一款NI公司的用于自動檢測的無需編程可配置式的機器視覺開發(fā)平臺，其集成度高開發(fā)速度快，同時擁有NI Vis1n圖像處理函數(shù)包可供選用，十分適合于開發(fā)視覺識別系統(tǒng)。
[0039]所述工控機與機械手通訊功能模塊采用基于以太網(wǎng)通用通訊模塊。所述基于以太網(wǎng)通用通訊模塊具體包括:
[0040]通信端口確立子模塊，用于將所述機械手的控制器作為服務器，將所述工控機作為客戶端。
[0041]服務器設置子模塊，用于對所述機械手進行二次開發(fā)，利用計算機語言編寫服務器程序代碼，并將所述服務器程序代碼編譯鏈接成可執(zhí)行程序，將所述可執(zhí)行程序安裝到所述機械手的控制器中，所述可執(zhí)行程序作為一個任務在所述機械手內(nèi)執(zhí)行。本實施例中，所述計算機語言采用C語言。
[0042]服務器建立通信連接子模塊，用于在所述機械手的控制器通電時自動啟動所述任務，建立以太網(wǎng)通信的服務器并請求等待客戶端連接。
[0043]客戶端與服務器通訊子模塊，用于所述客戶端接收所述服務器的連接請求，所述客戶端與所述服務器根據(jù)自定義通用通訊協(xié)議進行通訊，實現(xiàn)工控機對機械手的控制。所述自定義通用通訊協(xié)議定義多個通訊命令，所述通訊命令包括對所述機械手的啟動、暫停、繼續(xù)運行、獲取、設置變量等的控制操作。所述通訊命令通過在所述可執(zhí)行程序中調(diào)用API函數(shù)集實現(xiàn)對所述機械手的控制操作。工控機只需按定義的命令格式通過以太網(wǎng)發(fā)送給機械手，不需要知道底層封裝，即可實現(xiàn)對各個機械手的各種控制。
[0044]所述工業(yè)相機與機械手快速配置功能模塊通過修改所述圖像處理功能模塊中的參數(shù)實現(xiàn)不同的工業(yè)相機與不同機械手之間的快速配置。
[0045]所述圖像處理功能模塊具體包括:
[0046]圖像預處理子模塊，用于對獲取的工件圖像進行預處理。
[0047]圖像識別子模塊，用于對預處理后的工件圖像進行圖像識別。
[0048]圖像檢測子模塊，用于對所述工件圖像進行圖像檢測。
[0049]圖像特征獲取子模塊，用于獲取所述工件所處的狀態(tài)、位置坐標及相對于標定點的位置偏移量等數(shù)據(jù)信息。
[0050]本實施例所述的一種智能化引導式機械手視覺系統(tǒng)，包括機械手、工業(yè)相機和工控機，其通過在工控機內(nèi)安裝基于NI Vis1n Builder平臺開發(fā)設置的相機拍照功能模塊、圖像處理功能模塊、工控機與機械手通訊功能模塊、工業(yè)相機與機械手快速配置功能模塊，實現(xiàn)控制工業(yè)相機拍照、對獲取的工件圖像進行圖像處理、工控機與機械手進行通訊、工業(yè)相機與機械手快速配置的功能。采用基于以太網(wǎng)通用通訊模塊，突破了不同廠家各式各樣的機械手通訊協(xié)議與視覺系統(tǒng)的結合；采用工業(yè)相機與機械手快速配置功能模塊建立了快速