項目實戰-機器人視覺對位系統
綜述
A070項目是一項頭戴式耳機內部零部件組裝設備的開發項目，該設備欲集成如下5個功能：喇叭焊線，左右耳零件組裝，打螺絲，打膠，貼不織布，其中視覺定位系統將用于識別流水線上來料中的左耳配件與右耳配件（左右耳配件為軸對稱）并將其坐標信息與旋轉角度值反饋給機器人，引導其準確穩定的抓取流水線上的配件并將其裝配于耳機組件之上，設備整體如下圖所示：
裝配時需保證耳機配件的三個小耳朵與對應的螺絲孔對準，該裝配可允許的誤差小于±0.05mm，裝配件展示如下圖所示：
硬件簡介
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EPSON C4-A901機器人
整臺設備的核心，該機器人小巧，快速，精度高.
整體質量：29kg
工作半徑：900mm
負載（KG）：Max 4 / Rated 1
重復定位精度：±0.03mm
循環時間：0.47s
對比：
FANUC LR MATE 200iD系列：
LR MATE 200iD/7L
整體質量：27kg
工作半徑：911mm
負載（KG）：7
重復定位精度：±0.03mm
ABB IRB140
整體質量：98kg
工作半徑：810mm
負載（KG）：6
重復定位精度：±0.03mm
KUKA KR 6 R900 SIXX
整體質量：52kg
工作半徑：901mm
負載（KG）：6
重復定位精度：<±0.03mm
該機器人可通過PC進行程序的編寫（利用EPSON RC+軟件），支持以太網通訊。
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相機
采用BASLER acA2500-14gm，該相機為coms相機，靶面尺寸為1/2.5 inch，分辨率為2592*1944，快門方式為rolling shutter，因此拍照時必須保證物體靜止。
選該型號相機的原因：
首先，基于BASLER現有型號；
其次，對精度有較高要求；
最后，同分辨率的CCD相機價格過高且global shutter的產品暫未開始銷售。
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鏡頭
RICOH FL-CC5028-2M 焦距為50mm，最小工作距離900mm，選取如此長焦距的鏡頭主要是因為：
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工作距離需大于800mm，給機器人足夠的抓取空間
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精度要求高，需將視野做小。
如需降低工作距離，可考慮更換為35mm鏡頭，但視野需根據工況調整
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光源
樂視LTS-RN20000-W，環形白色光源，外徑200mm。選取該光源，則機器人需將手抓伸入光源進行抓取。不是最佳選擇，主要由以下條件決定：
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被檢測物的主要特征均為圓形臺階，低角度環形光效果更好
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機器人抓取需要一定的動作空間。
由于機器人需進入環形光源的中間進行抓取，因此機器人端需對抓取范圍進行限制，當目標坐標出現超出范圍的情況時（此時機器人進行抓取時，會碰撞光源），機器人需停止動作并報警。
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抓手
由于該機器人需要進行5個工位的動作，且需要抓取焊槍，膠槍，電批這些工具，因此機器人末端必須采用抓手的形式。為了能夠穩定的抓取裝配件，抓手最末端按照裝配件的尺寸銑成圓弧形。
軟件簡介
軟件方面主要是指視覺定位系統，該系統是基于windows操作系統運行的一款自主研發設計的視覺圖像處理軟件.具備如下功能：
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相機操作
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配合機器人完成坐標標定
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圖像提取并處理，可根據圖像質量調整圖像處理參數
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計算目標在機器人坐標系下的坐標與角度
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通過TCP/IP協議，將坐標信息發送至機器人接收端
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保存并記憶操作參數與圖像模板
現場實施流程
1、接線
該項目接線工作較少，大多為成品電纜線，直接插入插座即可，只需連接簡單的幾條通訊線即可：
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相機觸發信號線
相機觸發信號電壓為0V~24V，可根據需求調整為上升沿觸發或下降沿觸發，電壓范圍定義如下：
2、捕捉圖像測試
首先，打開相機廠家提供的相機操作軟件進行測試，當給出滿足電壓條件的IO信號后，相機是否正常拍照。
然后，打開視覺定位軟件，在次測試圖像捕獲功能是否正常。
調整光源亮度，是目標圖像清晰，特征明確。
3、通訊測試
測試與機器人的通訊是否正常，軟件采用模擬方式進行數據發送，觀察機器人端接收是否正常，如果不正常可采用通訊調試助手類軟件進行輔助測試，確認問題點。
4、坐標標定
完成坐標標定，需要機器人端進行配合，需注意以下幾點：
I 必須在機器人運動時的坐標系下進行標定（一般為工具坐標系）
II 如果機器人末端執行機構為吸嘴，可直接對其進行對點標定，但如果末端執行機構為抓手，則需通過抓手抓取一個末端為圓柱型的物體進行標定對點。為抓手時需注意以下幾點：
（1）抓取的輔助標定物盡量與實際工件高度相同
（2）抓取須牢靠，被抓位置盡量與工件被抓處形狀，尺寸相同。
（3）工具坐標系的建立需以抓取輔助標定物為基準
III 完成標定后，可利用軟件中的“驗證標定參數”進行反算驗證，如下圖：
5、圖像設置
主要根據目標特征進行設置，一般該項功能的程序部分是在現場修改的頻率最高，因為他需要根據現場的真實情況進行策略的調整，如：
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左右耳治具對稱放置，需添加角度補償
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圖像中可能會出現其他另一工件的某一部分，需加入限制，避免干擾與誤判
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將測試版本中的一些設置進行簡化
下圖分別為調整前與調整后的界面以及特征選取區域：
6、機器人聯調
完成以上設置與測試后，視覺部分的基礎工作已經完成，但這并不代表機器人端就能夠準確的抓取目標物體。抓取結果還將受到機器人工具坐標系以及抓手的仿形程度的影響。
項目問題
1、工具坐標系校正不準確
現象：在工具坐標系下旋轉Z軸，出現抓手末端偏心旋轉
原因：缺少與目標工件仿形的頂尖對準工具
解決方法：更換校正工具
2、標定不準確
現象：坐標驗證時發現反算結果有偏差
原因：對準標定紙的圓形時，不易對準，出現偏差。
解決方法：可考慮將以后的標定圖形更換為如下：
抓手抓取頂尖進行對點標定即可。
3、抓取不準
當出現抓取不準確時，成因較多，但是大致可以考慮以下兩個方向：
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抓取時工件出現竄動
該現象直接導致，抓取后的工件坐標以及角度與拍照時的狀態發生了變化，這直接導致裝配不準確。
產生原因：
（1）抓手仿形不準確
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