开放式工业机器人视觉控制平台制造技术

一种由开放式工业机器人控制器、多路图像采集装置、多自由度可控云台、自动调光装置以及工业计算机构成的开放式工业机器人视觉控制平台，其特征在于： ａ．工业计算机与工业机器人控制器相连，开放式工业机器人控制器与多个固定在机器人末端的ＣＣＤ摄像头相连，还与多个位置固定的ＣＣＤ摄像头相连，该ＣＣＤ摄像头置于云台上，云台与开放式工业机器人控制器相连，开放式工业机器人控制器还连接一照明设备，该控制器与多个机器人相连，并控制多个机器人的位置及姿态； ｂ．开放式工业机器人视觉控制平台的内部驱动部分采用绝对码盘转换器、信号匹配转换器、伺服包、电压调节电路、伺服电机与多轴运动控制器（ＰＭＡＣ）互相配合的体系结构；多轴运动控制器Ｃ１（ＰＭＡＣ）插在工业计算机上的ＩＳＡ总线的插槽上，Ｃ１的ＪＭＡＣ１端口与绝对码盘转换器Ｃ２的Ｐ６端口连接，Ｃ２的Ｐ５端口与绝对码盘转换器Ｃ３的Ｐ６端口相连，Ｃ２的Ｊ１端口连接信号匹配转换器Ｃ４的Ｊ１端口，Ｃ２的Ｊ２端口连接Ｃ４的Ｊ２端口；Ｃ２的Ｐ１端口连接伺服包Ｓ１的ＥＯ端口，Ｓ１还与伺服电机Ｍ１连接，Ｍ１通过码盘Ｅ１与Ｓ１连接，Ｃ２的Ｐ２端口与伺服包Ｓ２的端口ＥＯ连接，Ｓ２与伺服电机Ｍ２连接，Ｍ２通过码盘Ｅ２与Ｓ２连接；Ｃ３的Ｊ１端口与信号匹配转换器Ｃ５的Ｊ１连接，Ｃ３的Ｊ２端口与Ｃ５的Ｊ２连接； Ｃ１的ＪＭＡＣ２端口与Ｃ４的ＪＭＡＣＨ端口连接，Ｃ４的ＴＢ５端口连接伺服包Ｓ１的ＣＩ端口，ＴＢ４端口连接电压调节电路Ｃ６，Ｃ６与照明灯Ｌ１连接，端口ＴＢ３连接伺服包Ｓ２的ＣＩ端口；Ｃ１的ＪＭＡＣ４端口连接信号匹配转换器Ｃ５的ＪＭＡＣＨ端口，Ｃ５的Ｐ５端口连接伺服包Ｓ３的ＣＩ端口，Ｓ３与伺服电机Ｍ３连接，Ｍ３通过码盘Ｅ３与Ｃ３的Ｐ１端口连接。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于通用的工业机器人控制系统，其突出的特点是将计算机视觉、多机器人协调、实时控制等技术引入开放式工业机器人控制系统中，增加了开放式工业机器人控制系统适应未知环境的能力，使开放式工业机器人控制系统的功能更加强大。目前现存的用于工业机器人的视觉控制系统还存在许多不完善的地方，不能满足机器人在未知环境下识别、处理问题的要求。市场上几乎没有比较成功的产品级的工业机器人视觉控制系统，该领域的研究基本处于实验室阶段。
技术实现思路
本技术为一种多功能开放式的机器人视觉控制平台。首先，本技术可以完成目前所有的工业机器人的视觉功能，包括立体视觉、视觉伺服、手眼协调以及多机器人的视觉协调等；其次，本技术具有开放的结构体系，可以控制多种类型的工业机器人、伺服控制器、视频设备(包括视频采集卡和CCD摄像头)，能够更加灵活地控制工业机器人，更加方便地增加或改变其硬件配置，实现不同的功能，使现有的机器人生产进一步适应现代工业生产小批量多品种的要求；最后，本技术也可以作为一种实验平台，通过在其上层开发基于不同操作系统的控制软件，可以对以前只能通过计算机仿真的各种控制策略进行实验，为未来工业机器人的研究及开发提供一种实验平台。本技术与附图说明图1中的不同之处在于增加了外接的PC机I1，使用户可以根据自己的实际需要编制和修改控制程序。配置了多个位置固定和可随机器人末端移动的CCD摄像头(D2、D3、D4、D5...)，综合实现了立体视觉、视觉伺服、手眼协调。配置了通过开放式工业机器人控制器控制的可多自由度调节的云台(Y1、Y2...)，可自由控制CCD摄像头的姿态及拍摄角度。配置了通过开放式工业机器人控制器控制的光线强度可调的照明设备(L1...)，能够根据实际需要调节光强。可由一台控制器控制多台机器人，在视觉环境下实现多机器人(R1、R2...)协调。计算机配置多套操作系统，可根据不同时序要求进行选择。本技术的技术核心还在于将开放式工业机器人控制器应用于机器人视觉系统，通过计算机连接多个不同型号的CCD摄像头，并且通过开放式工业机器人控制器控制云台和照明设备。图2为该控制平台具体的连线示意图，图中I1为工业计算机(PC)；A2为开放式工业机器人控制器；D2、D3为位置固定的CCD摄像头，D2、D3的数据线连接到A2中的视频采集卡的视频端口上；D4和D5为固定在机器人末端的CCD摄像头，数据线也连接到A2中的视频采集卡的视频端口，其位置随机器人末端的变化而变化；Y1、Y2为D1和D2的云台，Y1、Y2的基本运动是通过安装在其转动轴上的伺服电机驱动的，Y1、Y2的伺服电机与A2的伺服输出端口相连，其姿态可通过机器人控制器A2控制；L1为一可以调光的照明灯，它通过一个调光控制装置(图3中C6)与A2相连，光强的调节也是通过A2实现的；R2和R3为两台工业机器人，它们的驱动线和信号线都连接到A2，R2和R3的运动规划及姿态调整都通过A2控制。图2的工作原理如下计算机通过插在其PCI总线上的视频采集卡与CCD摄像头相连，采集卡为多路输入，可以根据不同的需要选用不同的摄像头，首先由多路摄像头采集图像并通过视频线传送到计算机，由计算机分析得到所需要的立体视觉，从该立体视觉信号中可提取出所需要的各种信息(如物体位置、颜色等)。根据所得到的信息，通过特定的算法规划出机器人的运动轨迹，然后分解到各个关节。计算机把各个关节的运动参数传到开放式机器人控制器A2，控制器内的伺服包输出的驱动信号可以驱动机器人R2和R3的伺服电机，控制机器人的运动。R2和R3各个关节的位置通过安装在关节电机上的码盘得到。在R2和R3的末端也安装有CCD摄像头D4和D5，他们也与计算机内的视频采集卡相连，其采集的图像信号随着机器人末端位置和姿态的变化而变化，在进行手眼协调时，计算机综合分析D4、D5取得的图像信号和R2、R3的关节位置，对机器人进行路径规划。在位置固定的D2、D3下面都装有可控云台，云台的控制也通过控制器A2中的伺服包驱动。CCD摄像头的采样图像效果受光线强度影响很大，于是设计A2有一路输出控制一盏可调光的照明灯L1，如果D2～D5采样得到的图像效果不理想，系统可自动根据实际需要调节L1的光强。计算机I1内部采用多操作系统，所有操作系统都可支持系统内的硬件，用户可以在不同的操作系统环境下根据不同的需要编制用户程序。图3为开放式机器人控制器内部驱动部分连线图，图中C1为多轴运动控制器PMAC2-PCR(简称PMAC)，它可以插在工业计算机上的ISA总线的插槽上，C2和C3为YASKAWA绝对码盘转换器ACC-8D-OPTION9，C4为信号匹配转换器ACC-8E，C5也为信号匹配转换器ACC-8F，C6为电压调节电路，C2、C3、C4、C5和C6均安装在A2内部；C1的JMAC1端口与C2的P6口连接，JMAC2和JMAC4端口分别与C4和C5的JMACH口连接；C2和C4的J1、J2端口相连，C3和C5的J1、J2端口相连，C2的P5端口与C3的P6端口相连；S1、S2和S3分别是两类不同类型的伺服包，S1和S2是电压信号输入型伺服包，输入电压为0～6V，S3是脉宽调制(PWM)输入型伺服包，输入为PWM波；C2的P1和P2端口分别连接到S1和S2的EO端口，C4的TB3和TB5端口分别连接到S2和S1的CI端口，TB4端口与C6相连。M1和M3为机器人伺服电机，M2为云台调整电机，M1、M2和M3分别与伺服包S1、S2和S3相连；E1、E2和E3分别为M1、M2和M3的码盘信号输出单元(ENCODER)；L1为光线强度可调的照明灯，与C6相连。图3的工作原理如下通过运行在工业计算机上编制的控制程序发出电压控制信号，通过C1上的JMAC2接口传送给C4，再由C4经过放大传送给伺服包S1，进而形成伺服电机M1的驱动脉冲，另外计算机还控制多轴运动控制器(PMAC)产生另一路PWM信号，并通过JMAC4传给接口板C5，再由C5的P5端口输出给需要PWM输入信号的伺服包S3，伺服电机M3的驱动信号就来自S3。机器人各个关节的位置的变化是通过安装在伺服电机上的码盘产生的，由于伺服包不相同，所以码盘信号的传递途径也是不同的。由E1产生的M1的码盘信号先送给S1，再通过S1的EO(ENCODE OUTPUT)端口传递给绝对码盘转换器C2，C2将绝对码盘信号转换为增量码盘信号，绝对码盘信号和增量码盘信号都传回PMAC；而M3的码盘信号是由E3产生后直接传递给C3，C3的信号又经C2和C5分别产生绝对信号和增量信号，并最终通过PMAC上的JMAC1和JMAC4汇总到PMAC。这样计算机就得到了两种伺服电机的码盘信号，通过计算机程序就可以解读这些码盘信号，以确定机器人各关节的位置和运动状态。云台的调整是通过安装在云台上的伺服电机M2的转动实现的，M2与M1的调节类似，所不同的在于S1的驱动信号来自于C4的TB5，而S2的驱动信号来自于C4的TB3。照明光线强度的调整也是通过控制器来实现的，计算机根据摄像头采样图像的情况输出一个调节电压给C1，C1将此信号传送给C4，C4的TB4端口输出一个0～6V的电压信号给电压调节电路C6，C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭民，梁自泽，李国亮，景奉水，王跃，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：实用新型
国别省市：