基于TwinCAT的视觉Delta3机器人应用与实现

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1、基于TwinCAT的视觉Delta3机器人应用与实现王进摘要：本研究基于Beckhoff的自动化平台,实现Delta并联机构应用程序开发。首先对Delta并联机构进行简单分析和介绍。其次对机器人怎么利用图像处理技术实现分拣和拾取做了比较和分析。然后借助Beckhoff工业自动化控制平台自带的编程工具,将已确定的轨迹规划的在程序内部的进行实现。最后将开发的Delta并联机构轨迹规划的程序和视觉应用相结合在包装生产线上进行实机的应用测试,测试的结果表明Delt机器人与视觉相结合在Beckhoff平台上实现方法的正确性及其性能满足Delt并联机

2、构高速平稳的指标。0.引言在食品、包装等行业,通常需要机械手对物品进行高速、精确和平稳的完成诸如包装、分拣、封装等抓放操作。由于Delta并联机构具有刚度大、承载能力强、精度高且自重负荷比小等特点,在高速轻型机械手领域有广阔的应用前景。针对Delta并联机器人的应用领域对高速、精确和平稳的特点，在高速轻型包装机械手领域有广阔的应用。针对Delta并联机器人的这一特点，结合视觉图像处理技术的快速发展，应用基于PC控制技术的TwinCAT软件，归纳出Delt机器人的具体应用方法。1.Delta3介绍Delta3机器人是一种典型的并联机器人，一

3、般具有3自由度（X‐Y‐Z），如果配上旋转轴则可以达到4自由度。该机器人主要应用于食品包装及电子等行业，实现物品的定位抓取及按指定要求进行排列分组及装箱（盒）等，其特点是快速抓取拾放，但基本只适合小负载物品。下图为实物图片：1其数学模型如下图，主要参数为：上臂长度（Innerarmlength）下臂长度（Outerarmlength）底座半径（Displacement）抓手固定半径（TCPDisplacement）2.硬件配置基于beckhoff的控制系统，针对于Treiboots‐1100机械手的主要配置如下：a).倍福CX1020‐0

4、113高性能控制器b).倍福AX5206*2伺服驱动器c).倍福AM8032‐1E21‐0000*3电机（关节电机）d).倍福AM8032‐1D21‐0000*1（旋转电机）另外连接三根上臂电机的减速机的速比为31:1，旋转轴的速比为8:1。其中4个伺服电机对应于三根上臂及旋转轴（A,B,C,Add）。此配置目前只是应用于该款机械臂，对于其他型号的Delta3机械臂，由于其重量长度等原因，电机的型号需另外计算。3.主要应用点介绍3.1寻零对于机械臂实际上是不需要寻零的，因为其使用的电机都为多圈绝对值编码器，上电直接读取当前编码器值就可以。

5、但对于电机初次使用时需要进行零点标定工作，即将电机的零位匹配上机械臂的机械零位。参考其数学模型如下：2电机控制的机械上臂是根据角度进行控制的，其机械零点为上臂持平。因此在进行首次零位标定时，需要在外部的特殊机械装置的辅助下使电机达到某一固定位置，该位置可以是机械上的零角度位，也可以是其他任意某一角度；当机械臂到达该位置时将此位置的电机位置值设为该机械的角度值，并保存，这样就完成机械零位的标定。3.2视觉的应用对于Delta3机械臂的应用，往往需配合视觉系统，通过视觉检测位于输送带上的产品的坐标，通过总线传给控制系统，然后控制机械臂去抓取。

6、此应用一般采用平面视觉系统，主要有两种采集方式：线扫描和区域扫描。1）线扫描视觉系统检测其正下方的一条线，随着输送带的行进，对输送带逐行进行扫描；这样的视觉系统需要输送带的位置信号来完成检测，一般在输送带上安装位置编码器，并将编码器信号反馈给视觉系统。采用这样的视觉系统基本可以不用考虑区域扫描方式所产生的下述问题，但这种方案相对成本较高2）区域扫描这是常用的视觉采集方式，主要通过外部信号触发，对镜头正下方的区域进行抓拍，进行产品处理分析；对于区域扫描的方式，有几个问题需要注意：漏检测及重复检测，下面通过图片说明3图一）如图所示，蓝色边框表

7、示输送带，运行方向为从右往左，圆圈表示输送带上的产品，红色方框表示视觉的拍摄区域，通过字母表示其随着输送带的运行其在输送带上的拍摄区间；在此图中是皮带每前进一个拍摄区域的长度就进行一次抓拍，这种方式虽然可以将输送带上的所有区域都拍摄在内，但可以发现产品3和产品5正好处于两次拍摄的中间，结果是该产品将无法被检测出来，因为视觉必须检测到完整的产品才会认为是有效的。所以这样的抓拍方式是不对的，会产生产品的漏检测。图二）在此方式中，抓拍的间距设为拍摄区域的1/2。可以看到，产品3在抓拍a和抓拍c中是不认的，但在抓拍b中将会被确认，同样的是产品4和

8、产品5，该方式可以避免产品被漏拍；但会产生另外一个问题，即产品被重复拍摄。比如产品2，它即在抓拍a中被确认，同时又在抓拍b中被确认，同样的问题会产生在产品6和产品7上，对于这样的问题，需要在程