Delta機(jī)器人傳送帶標(biāo)定的改進(jìn)方法研究

王程民，萬 薇，何時(shí)劍

（江蘇電子信息職業(yè)學(xué)院，江蘇 淮安 223003）

1.引言

在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，一般生產(chǎn)線都有分揀搬運(yùn)環(huán)節(jié)，而往往由于工作任務(wù)簡單重復(fù)，人工操作容易產(chǎn)生疲勞從而導(dǎo)致效率降低，且容易出錯(cuò)。Delta機(jī)器人作為一種工業(yè)并聯(lián)機(jī)器人，具有很好的靈敏性與準(zhǔn)確度，特別適合輕、小工件的抓取，在生產(chǎn)線上用來取代人工操作已經(jīng)成為趨勢[1,2]。由于執(zhí)行器安裝在Delta機(jī)器人的底部，機(jī)器臂不需承載執(zhí)行器本身的重量，因此可以用輕的復(fù)合材料制成[3]。從而Delta機(jī)器人的慣性很小，可以高速進(jìn)行，可以具有很大的加速度。在工業(yè)上特別適合用作小型零部件產(chǎn)品的分揀與搬運(yùn)。

2.Delta機(jī)器人工作原理

與Delta機(jī)器人相配套的是傳送帶。它的作用是將工件源源不斷輸送到機(jī)器人工作空間內(nèi)，然后通過機(jī)器視覺對傳送帶上的工件進(jìn)行識別，根據(jù)識別的結(jié)果完成分揀與搬運(yùn)的工作。

圖 1 Delta 機(jī)器人自動(dòng)分揀線

由于機(jī)器人本身具有的位置坐標(biāo)關(guān)系、提供機(jī)器視覺的工業(yè)相機(jī)的坐標(biāo)關(guān)系以及傳送帶的坐標(biāo)關(guān)系[4]。這三個(gè)坐標(biāo)關(guān)系需要形成一個(gè)閉環(huán)，進(jìn)行位置的相互轉(zhuǎn)換[5,6]。這種相對于機(jī)器人坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系的建立過程，就稱為標(biāo)定。

3.標(biāo)定算法及存在的不足

定義機(jī)器人的坐標(biāo)系為R，傳送帶的坐標(biāo)系為C，則C到R的轉(zhuǎn)換矩陣為,則知道物體在傳送帶上的姿態(tài) ，就可以通過轉(zhuǎn)換矩陣獲得在機(jī)器人坐標(biāo)系下的姿態(tài)：轉(zhuǎn)換矩陣是由平移向量和旋轉(zhuǎn)矩陣構(gòu)成，當(dāng)傳送帶移動(dòng)一段距離，就可以得到機(jī)器人坐標(biāo)系和編碼器的變化值的比例關(guān)系，這個(gè)比例關(guān)系就是傳送帶的旋轉(zhuǎn)編碼器的比例因子[7,8]。

圖 2 傳送帶標(biāo)定

圖2為傳送帶標(biāo)定過程：

第一步，在傳送帶任意一點(diǎn)，稱為P，移動(dòng)Delta機(jī)器人，將機(jī)器人上的執(zhí)行器末端與P點(diǎn)接觸，在機(jī)器人坐標(biāo)系下記錄P點(diǎn)的坐標(biāo)記為P1，編碼器的值為Vp1；

第二步，讓P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)一段距離，再次將Delta機(jī)器人的執(zhí)行器末端與P點(diǎn)接觸，記錄P點(diǎn)的在機(jī)器人坐標(biāo)系下的坐標(biāo)記為P2，編碼器的值為Vp2；

第三步，移動(dòng)Delta機(jī)器人，在P1、P2中間某個(gè)位置沿傳送帶的軸向移動(dòng)一個(gè)距離，記錄P點(diǎn)的在機(jī)器人坐標(biāo)系下的坐標(biāo)記為P3。

通過計(jì)算|P1P2|以及編碼器在這兩點(diǎn)的差值ΔVC，可以得到比例因子：

確定了比例因子Factorc，就可以通過編碼器的度數(shù)差值ΔV，計(jì)算出機(jī)器人移動(dòng)的距離Δ了

第四步，傳送帶軸向標(biāo)定，由于機(jī)器人相對傳送帶是有偏角的，所以機(jī)器人末端軌跡中并不垂直與傳送帶的方向。構(gòu)建傳送帶坐標(biāo)系C，則有：

由此得Oc在R坐標(biāo)下的位置即

傳送帶基坐標(biāo)系為

基于以上的過程，完成了從傳送帶到機(jī)器人坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，從理論上來說就可以對傳送帶上的物體進(jìn)行位置坐標(biāo)轉(zhuǎn)換進(jìn)而抓取?？墒窃趯?shí)際工作中，傳送帶在外力作用下可能存在外力作用帶來的位移誤差[9]，以及假定傳送帶與機(jī)器人坐標(biāo)系僅有位置偏移而沒有發(fā)生姿態(tài)變化[10]，因此這種算法實(shí)際上是有可能產(chǎn)生較大的誤差的。

4.標(biāo)定算法的改進(jìn)

根據(jù)前面的分析，由于坐標(biāo)系是閉環(huán)系統(tǒng)，因此這里需對標(biāo)定算法進(jìn)行改造，使得它成為閉環(huán)算法才能更好地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。根據(jù)設(shè)置固定坐標(biāo)的檢測點(diǎn)通過反推，可以得到再通過實(shí)際檢測得到檢測到的坐標(biāo)記為進(jìn)行簡單的減法計(jì)算就可以獲得x，y兩個(gè)方向上的偏差考慮到相機(jī)采集時(shí)的光照條件等環(huán)境影響，需要根據(jù)多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，調(diào)整閾值當(dāng)兩個(gè)偏差均低于閾值時(shí)，則表示標(biāo)定成功，否則就需要重新標(biāo)定傳送帶坐標(biāo)系。就這樣建立一個(gè)閉環(huán)的標(biāo)定反饋系統(tǒng)。

5.結(jié)語

通過標(biāo)定建立傳送帶坐標(biāo)系與機(jī)器人坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換聯(lián)系，為了克服在系統(tǒng)中存在的誤差，建立測試點(diǎn)來檢測標(biāo)定偏差，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況確定閾值判斷，反應(yīng)標(biāo)定的準(zhǔn)確情況，完成閉環(huán)反饋，為整個(gè)Delta機(jī)器人分揀系統(tǒng)提高了準(zhǔn)確性，具有實(shí)際意義。