機(jī)器視覺(jué)運(yùn)動(dòng)控制一體機(jī)在SCARA機(jī)械手柔性上下料的應(yīng)用

市場(chǎng)應(yīng)用背景

SCARA機(jī)械手柔性上下料系統(tǒng)在3C電子、半導(dǎo)體、鋰電、光伏、食品及醫(yī)療等領(lǐng)域受益于自動(dòng)化需求的持續(xù)增長(zhǎng)。該系統(tǒng)提高生產(chǎn)效率和精度，降低運(yùn)營(yíng)成本，具有良好的尺寸和材質(zhì)適應(yīng)性，能快速完成物料轉(zhuǎn)換，優(yōu)化生產(chǎn)流程，因此推動(dòng)其在這些領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。

傳統(tǒng)自動(dòng)上下料的局限性：

靈活度不高：采用碗式振動(dòng)盤(pán)通常針對(duì)特定產(chǎn)品，對(duì)尺寸、形狀變化適應(yīng)性差，易卡料。

速度和效率限制：在需要高速生產(chǎn)的場(chǎng)景中，易受機(jī)械設(shè)計(jì)、視覺(jué)處理與運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)交互的速度、效率等問(wèn)題限制，無(wú)法滿足生產(chǎn)線的高產(chǎn)量或快速換料生產(chǎn)的需求。

系統(tǒng)集成復(fù)雜：涉及如機(jī)器人、視覺(jué)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、供料系統(tǒng)等多種組件，設(shè)備間協(xié)議和數(shù)據(jù)格式可能存在差異導(dǎo)致兼容性等問(wèn)題，增長(zhǎng)調(diào)試周期。

數(shù)據(jù)流通性差：舊系統(tǒng)可能存在不支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理或遠(yuǎn)程監(jiān)控，形成信息孤島，限制了企業(yè)智能制造的實(shí)施，無(wú)法與MES系統(tǒng)無(wú)縫集成。

高成本問(wèn)題：需要購(gòu)買(mǎi)多套硬件，同時(shí)市場(chǎng)用人和維護(hù)成本居高不下，增加企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本。

正運(yùn)動(dòng)技術(shù)解決方案:

正運(yùn)動(dòng)針對(duì)市場(chǎng)需求，特此開(kāi)發(fā)了基于VPLC系列的視覺(jué)運(yùn)動(dòng)控制一體機(jī)和RTFuse快組態(tài)軟件的SCARA機(jī)械手柔性上下料解決方案，通過(guò)點(diǎn)位示教與RTFuse快組態(tài)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一站式、快速開(kāi)發(fā)上下料設(shè)備，有效縮短項(xiàng)目周期，降低運(yùn)維與人力成本，提升企業(yè)營(yíng)收及生產(chǎn)線自動(dòng)化水平。

方案可靈活適應(yīng)各種尺寸規(guī)格和材質(zhì)的物料。操作員通過(guò)簡(jiǎn)單調(diào)整視覺(jué)、運(yùn)動(dòng)控制功能模塊參數(shù)，即可在最短時(shí)間內(nèi)完成物料轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)高速高精的機(jī)械手柔性上下料，有效消除卡料的問(wèn)題，顯著提高數(shù)據(jù)處理速度，簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，減少人工干預(yù)。

適用于開(kāi)發(fā)擺盤(pán)機(jī)、貼合機(jī)、食品醫(yī)療包裝、裝配及分揀等多種需要柔性供料的場(chǎng)景。

01 機(jī)器視覺(jué)運(yùn)動(dòng)控制一體機(jī)在SCARA機(jī)械手柔性上下料的解決方案

SCARA機(jī)械手柔性上下料加工示意圖

正運(yùn)動(dòng)SCARA機(jī)械手柔性上下料解決方案設(shè)計(jì)

20DI：接原點(diǎn)、限位等傳感器，以及開(kāi)關(guān)信號(hào)、編碼器等

20DO：高速輸出口接工業(yè)相機(jī)的硬觸發(fā)輸入和點(diǎn)膠閥

EtherCAT接口：接EtherCAT總線驅(qū)動(dòng)器，控制其它軸運(yùn)動(dòng)

4路單端脈沖輸出：接脈沖驅(qū)動(dòng)器，控制傳送帶

RS232通訊接口：接光源控制器

EtherNET接口：千兆網(wǎng)口，接支持Gige協(xié)議的面陣相機(jī)，實(shí)現(xiàn)視覺(jué)定位、檢測(cè)應(yīng)用

與柔性振動(dòng)盤(pán)通訊

正運(yùn)動(dòng)SCARA機(jī)械手柔性上下料解決方案支持多種柔性振動(dòng)盤(pán)通訊協(xié)議。

振動(dòng)盤(pán)本體上配備有網(wǎng)口、RS232/485接口和I/O信號(hào)接口，支持Modbus-TCP和Modbus-RTU通訊。

在此次方案中采用的柔性振動(dòng)盤(pán)I/O信號(hào)觸發(fā)來(lái)通訊操作。操作員可根據(jù)廠家的提供的調(diào)參軟件，可調(diào)試柔性振動(dòng)盤(pán)達(dá)到理想的震動(dòng)效果。

1、運(yùn)動(dòng)控制與機(jī)器視覺(jué)實(shí)現(xiàn)過(guò)程

（1）運(yùn)動(dòng)控制

首先通過(guò)I/O觸發(fā)振動(dòng)盤(pán)快速振動(dòng)，使物料在物料盤(pán)內(nèi)均勻分布。上相機(jī)完成物料的拍攝和處理后，SCARA機(jī)械手根據(jù)視覺(jué)處理數(shù)據(jù)沿預(yù)設(shè)路徑移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)精確的點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)控制。機(jī)械手依次執(zhí)行以下操作：物料抓取、二次拍攝和下料。在整個(gè)過(guò)程中，控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)械手各關(guān)節(jié)速度，以實(shí)現(xiàn)更平滑的運(yùn)動(dòng)軌跡。

（2）機(jī)器視覺(jué)

在SCARA機(jī)械手執(zhí)行柔性上下料的過(guò)程中，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)首先通過(guò)形狀匹配工具對(duì)料盤(pán)上的多個(gè)物料進(jìn)行粗定位，然后通過(guò)坐標(biāo)系數(shù)校準(zhǔn)，將物料的世界坐標(biāo)輸送給機(jī)械手進(jìn)行抓取。隨后物料依次被移至下相機(jī)拍照位進(jìn)行視覺(jué)飛拍，進(jìn)行二次定位實(shí)現(xiàn)位置糾偏，便于SCARA機(jī)械手到達(dá)下料區(qū)完成精準(zhǔn)位置下料，提高定位精度滿足客戶需求。

2、SCARA機(jī)械手柔性上下料配置流程

3、方案核心應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

高度集成：集成豐富的IO控制、30+機(jī)器人算法、機(jī)器視覺(jué)和運(yùn)動(dòng)控制、通訊等功能模塊，可靈活構(gòu)建運(yùn)動(dòng)控制+視覺(jué)一體化的機(jī)械手柔振上下料解決方案

調(diào)試方便、交付快：工程師無(wú)需編程，通過(guò)工具調(diào)參即可快速開(kāi)發(fā)，縮短項(xiàng)目周期與提高數(shù)據(jù)處理速度，以及快速評(píng)估新項(xiàng)目潛在風(fēng)險(xiǎn)，效率更高

提高系統(tǒng)靈活度：可快速換線/料，無(wú)需復(fù)雜的機(jī)械拆裝過(guò)程，可以輕松重新配置參數(shù)以適應(yīng)生產(chǎn)計(jì)劃變化，適用于各種小型零部件零散排列上料

精度高：通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)識(shí)別物料位置，無(wú)需固定治具來(lái)指定物料來(lái)料方向，能準(zhǔn)確定位振動(dòng)盤(pán)物料位置

減少人工和運(yùn)維成本：減少了對(duì)人工操作的需求，一人即可操作多臺(tái)設(shè)備，解決工程人員流失，減少人為失誤、返工、維修等費(fèi)用，以及時(shí)間成本

4、解決方案硬件配置

02 VPLC7系列機(jī)器視覺(jué)運(yùn)動(dòng)控制一體機(jī)

VPLC711是一款基于x86平臺(tái)和Windows操作系統(tǒng)的高性能機(jī)器視覺(jué)EtherCAT運(yùn)動(dòng)控制器，可脫機(jī)運(yùn)行，支持豐富的IO控制，30+機(jī)器人算法，以及視覺(jué)和運(yùn)動(dòng)控制功能，大幅簡(jiǎn)化視覺(jué)與運(yùn)動(dòng)控制項(xiàng)目的配置流程。

VPLC系列機(jī)器視覺(jué)運(yùn)動(dòng)控制一體機(jī)的安裝與拆卸過(guò)程便捷，占地空間小，還能與其它控制單元部件（如伺服驅(qū)動(dòng)器、傳感器、編碼器、控制閥等）和MES系統(tǒng)無(wú)縫集成，提供一個(gè)完整端到端的視覺(jué)運(yùn)動(dòng)控制解決方案。

可選6-64軸運(yùn)動(dòng)控制（脈沖+EtherCAT總線）

內(nèi)置實(shí)時(shí)內(nèi)核MotionRT7，支持第三方視覺(jué)軟件

板載20路通用輸入(其中10路為高速輸入)，20路高速輸出

提供一體化開(kāi)放式IPC形態(tài)的實(shí)時(shí)軟控制器/軟PLC集成的視覺(jué)+運(yùn)動(dòng)控制解決方案

多核并行運(yùn)算，能夠高效處理運(yùn)動(dòng)控制，機(jī)器視覺(jué)等自動(dòng)化設(shè)備核心任務(wù)

03 RTFuse柔振上下料系統(tǒng)

正運(yùn)動(dòng)技術(shù)的RTFuse柔振上下料系統(tǒng)專為“視覺(jué)+運(yùn)動(dòng)控制”的柔振上下料應(yīng)用設(shè)計(jì)，提供一站式解決方案。該軟件簡(jiǎn)化了參數(shù)設(shè)置，搭配圖像采集系統(tǒng)，可以大幅縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本。

▌相機(jī)支持

支持市面上大部分主流相機(jī)，支持4個(gè)相機(jī)并行采集、視覺(jué)飛拍。

▌快速配置

機(jī)械手、軸組、振動(dòng)盤(pán)、相機(jī)和矩陣料盤(pán)、工具參數(shù)。

▌示教功能

提供取料、飛拍及放料路徑等多個(gè)點(diǎn)位的一鍵示教功能。

▌坐標(biāo)校準(zhǔn)

支持相機(jī)標(biāo)定，包括修改XY坐標(biāo)方向和世界坐標(biāo)位置補(bǔ)正。

▌走位標(biāo)定

通過(guò)示教好的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)位，一鍵即可完成自動(dòng)標(biāo)定。

▌系統(tǒng)切換

可切換至RTfuse快組態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)視覺(jué)檢測(cè)流程。

▌可視化界面

界面友好，便于用戶數(shù)據(jù)監(jiān)控，實(shí)時(shí)顯示使能狀態(tài)、回原狀態(tài)、定位數(shù)量和擺放計(jì)數(shù)等。

▌支持機(jī)械手類型

4軸模組、SCARA機(jī)械手、Delta機(jī)械手、直角坐標(biāo)機(jī)械手、6關(guān)節(jié)等

審核編輯 黃宇