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LGGY-BL18X型視覺感知與工業機器人實訓平臺

一、產品概述

針對工程應用中對工業機器人作業與應用需求，實訓平臺采用工業機器人與控制系統、視覺感知系統、傳感系統及輔助模塊相結合，通過模塊化設計，實現機器人實踐教學與科研驗證。在機器人工作平臺中，工業機器人通過與視覺系統的協同，完成軌跡示教、搬運、碼垛、視覺系統標定、目標空間定位、物品識別、物體抓取、零件裝配等應用。此外，系統內部采用PLC控制系統與以太網通信，對機器人運動全過程進行信息實時監測與控制。

工作臺架設置了專用于工業機器人基礎實驗的碼垛、拆跺、軌跡跟蹤、裝配等所需模塊與模具，以及工業機器人視覺檢測所需的外設模塊。同時，臺架設置了快速更換工件區與立柜式工件倉儲區，通過工件的抓取，旋轉，放置等流程，完成機器人切割，碼垛等任務執行的工件切換。

另外，還在臺架上設置了桌面式運輸模塊，通過上料模塊的輸入，采用傳感器探測物流的運輸位置，然后通過2D和3D視覺模塊，實現對物料的平面或立體特征的提取，驅動機器人完成不同的任務。此外，針對動態旋轉目標，機架上設置了旋轉送料機構，機器人動態抓取目標后，通過工業視覺系統對物料底部進行掃描，獲得工件的表面特征，最后檢測識別后根據任務需求做出各類執行動作。

二、主要技術與功能介紹

1.機器人與機電控制技術

在充分保障工業機器人使用安全的前提下，能開放部分PLC控制模塊，可以實現學生通過PLC編程控制機器人部分運動的功能。學生可以利用計算機完成PLC編程與編譯等工作，然后下載至實驗系統再運行，完成機器人控制與PLC編程實踐。除此以外，對整個機器人的六軸聯動控制仍可以通過示教編程或計算機編程下載實現。

2.工業機器人通信技術

平臺提供機器人運動控制及信息交互的部分通信協議，學生可以利用同網絡的計算機，通過通信編程對工業機器人輸出信息進行解碼與狀態監測，同時，也可以向機器人發送部分在安全操作范圍內的動作控制指令與其他程序。利用實訓平臺，學生可以充分理解并實踐以太網通信技術在工業機器人系統中的應用，了解工業領域通信方式與協議的編制，同時還可以全方位實踐以太網通信的全過程，為機器人遠程數據采集與傳輸奠定基礎。

3.工業機器人視覺技術

實訓平臺提供高清穩定的工業級視覺系統，開源機器視覺標定、定位、檢測、識別與測量等方向的機器視覺源代碼，并將檢測結果與機器人動作控制執行相統一。學生可以采用OpenCV、圖像處理算法、人工智能算法完成圖像的檢測，并調用相應的控制API，完成機器人結果分選，如顏色分選、形狀分選、不同物品分選、缺陷檢測等，也可以完成智能碼垛，如不同尺寸、不同形狀的物件設置不同分值，進行限時碼垛計算分值競賽等。通過對該技術的探索，可為機器人在各類實際工業場景中的智能作業提供強有力技術支撐。

4.基于深度學習的目標檢測與識別技術

深度學習是近年來人工智能的典型代表。平臺通過搭載深度學習算法模型，可實現對復雜場景中的各種類型的目標檢測與識別。在真實的工程環境條件下，由于作業條件的動態變化，采用傳統機器視覺容易受參數的影響而檢測不準，識別精度不夠，因此，采用深度學習算法，通過構建工程場景下的目標檢測與識別，完成多類目標的快速、準確檢測與識別，為機器人的決策提供基礎。

5.人機交互技術

工業機器人作為無人化操作的執行者，可以完成示教、語音交互、手勢圖像交互等操作。在實驗過程中，學生可以通過編程實現對自然語言、手勢圖像的識別，并控制工業機器人精準完成某些特定的動作，如向上移動20cm。在工業機器人運行過程中，系統提供顯示屏實時顯示機器人的運動狀態。

三、硬件設備介紹

1.工業機器人本體

工業機器人本體作為該實驗系統的核心與動作執行器，其主要功能是完成控制系統所產生的一系列行為決策。系統運動準確、可靠、穩定，且在運行過程中，系統設計有多重防碰撞、防傷人的傳感模塊。此外，系統設置有緊急停止開關與柔性控制功能，防止機器人失控，保障系統安全。

2.實訓平臺單元模塊

（1）示教模塊

（2）軌跡路徑模塊

（3）快換工具模塊

（4）立體倉儲模塊

（5）旋轉送料模塊

（6）物料分揀模塊

（7）2D視覺模塊

（8）3D視覺模塊

（9）輸送系統

（10）氣缸和氣動模塊

3.人機交互系統

人機交互模塊主要包括三大模塊，即實時顯示模塊，語音交互模塊與手勢圖像識別模塊。實時顯示模塊為工控PC機輸出顯示，系統配置機器人運動檢測軟件，實時查看機器人運行狀態，動作類型等，為人機交互中的機器輸出。語音交互模塊配置自然語言處理識別模塊，完成自然語言高質量輸入與預處理，用戶可根據自然語言處理算法與識別結果進行機器人顯示與動作執行，完成人機交互。手勢圖像識別系統為單獨模塊，配置200W攝像頭，采用7寸液晶顯示屏，分辨率為1280×800，配置網絡設備，實現系統內通信。手勢圖像識別模塊識別手勢時，可自定義如伸出1、2、3、4根手指，控制機械臂與用戶進行動作的交互，識別人臉時，可進行權限控制，即只有在特定人員操作時，機械臂才可接受控制。

4.PLC控制系統

PLC控制系統采用西門子1200系列PLC，系統集成16路輸入和16路輸出IO口，內置高達64K大容量的RAM存儲，提供相關電氣連接線與附屬器件。

整體來說，該實訓平臺集合了工業機器人、機器視覺、氣動、電氣控制、傳感器檢測、電機傳動以及工業通訊技術等多領域的關鍵技術，為實驗室提供一個先進的、高自由度的、創新性的研究和應用平臺，適合工業機器人運動控制關鍵技術、機器視覺理論與應用、工業機器人智能化等方向的研究。

四、課程資源

1 工業機器人控制及離線編程

（1）工業機器人示教編程控制

（2）工業機器人基礎操作

（3）工業機器人PLC編程控制

2 基于視覺的工業機器人應用

（1）工業機器人與視覺系統標定

（2）工業機器人視覺測量

（3）工業機器人顏色分選

（4）工業機器人形狀分選

（5）工業機器人產品缺陷檢測

（6）基于語音識別的工業機器人控制

（7）基于手勢識別的工業機器人控制

（8）基于圖像識別的工業機器人控制

3 PLC電氣控制

（1）PLC基本指令操作

（2）機器人電氣連接與操作

（3）機器人IO通信

（4）機器人控制信號燈

（5）變頻器基本控制

（6）氣缸的基本控制

（7）傳感器控制與通訊

4 工業機器人課程設計

（1）基于視覺的工業機器人產品缺陷檢測

（2）基于視覺的工業機器人智能快速碼垛

（3）基于視覺的工業機器人物品智能快速分揀

5 機器視覺與圖像處理課程設計

（1）基于顏色的物品快速分選

（2）基于形狀的物品快速分選

（3）產品缺陷精準檢測與分類

（4）產品空間定位與在線尺寸測量

6 機電一體化系統設計

（1）工業機器人搬運碼垛工作站系統集成

（2）機器人打磨拋光工作站集成

（3）機器人自動鎖螺絲工作站集成

（4）基于視覺的智慧分揀系統集成

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