1、 学号毕业设计(论文)题 目 : 基于 EPSON 机器人的工业自动化贺卡点胶贴合方案设计作 者 xx 届 别 2014 届 院 别 信 息 与 通 信 工 程 学 院 专 业 信 息 工 程 指 导 教 师 xx 职 称 教 授 完 成 时 间 2014 年 5 月 15 日 I摘 要随着社会的发展，人口红利已经逐年减弱，工厂流水线招人也变得越来越难。而随着工业转型升级需求释放、生产力成本上升等问题的凸显，再加上科技进步后的工业机器人性价比日益提高，很多公司已经向工业自动化方向发展，目前工业机器人在不少领域已隐隐形成替代人工的趋势，而在工程机械行业这一趋势同样适用，生产自动化已经成为现今工程
2、机械企业转型升级的必经之路。本文设计了一个以 EPSON 机器人为核心的贺卡明星片点胶贴合方案，代替人工实现了工业上的全自动化生产。方案采用 EPSON 机械手代替工厂人工进行产品上下料抓取搬运，视觉系统采用创科视觉系统平台-CKVisionV5.0 进行视觉定位，该系统设备由机器视觉图像处理、人机界面部分组成。系统通过摄像头拍照对照片进行处理，实现产品漏装功能检测和产品反装检测，检测完成后自动给出报警信号，自动分析统计检测贺卡数量，然后将数据反馈给EPSON 机器人控制器 RC90。配合机器视觉的定位，EPSON 机器人（机械手）将该产品准确贴合至贺卡明信片上，机器人根据所接收的信号进行周而
3、复始的运动，代替工厂人工作业，有效的降低公司人工劳力成本，大大提高生产效率。关键词：EPSON 机器人；工业自动化；机器视觉；贺卡点胶；贴合IIAbstractWith the development of the society and demographic dividend has decreased year by year, and with the transformation and upgrading of industrial demand release, highlighting the problems of the rising cost of productivit
4、y, coupled with the progress of science and technology industrial robots price approaching a turning point, after acceptance, industrial robots in many fields has a faint form to replace artificial trend, this trend also apply in the construction machinery industry, production automation has become
5、a current path of transformation and upgrading engineering machinery enterprises.This paper designed a EPSON robot as the core of the star card point glue joint scheme, replace artificial industrial automatic production is realized. USES the EPSON manipulator up-down material fetching the products c
6、arrying, using visual positioning System; System, the System the Introduction by machine vision image processing equipment, man-machine interface parts. Through camera take pictures photos show, the system to achieve product packing function test and product testing, testing after the completion of
7、the automatic alarm signal, the automatic analysis of statistical test card number. Cooperate with machine vision, industrial robots will be the paste products accurate fit to the greeting card, robot according to the received signal is the cycle of movement, effectively reduce the manual Labour cos
8、t, improve production efficiency.Key words:EPSON robot; ; Industrial automation; Machine vision; Greeting card dispensing；1摘 要 .IAbstract II第 1 章 绪 论 11.1 机器人行业发展及应用前景 .11. 工业机器人国内外发展情况 .21.3 方案的实现方法 21. 本文组织结构 3第 2 章 EPSON 机器人介绍 .4.1 EPSON 机器人 41.2.1 工业机器人分类及特点 .41.2.2 EPSON 机器人基础知识 52.2 EPSON RC+5
9、.0 软件开发环境 72.2.1 EPSON RC+5.0 软件 72.2.2 多任务 SPEL+语言 .10第 3 章 整体方案设计 133.1 机构设计 .133.1.1 系统构架 133.1.2 工业机器人结构选型 143.2 电气设计 .163.2.1 创科机器视觉软件开发平台 163.2.2 机器人电气线路连接 20第 4 章 总结与展望 244.1 课题总结 .244.2 课题展望 .25参考文献 26致谢 27附录一：机器人方案实现程序代码 2812第 1 章 绪 论 1.1 机器人行业发展及应用前景随着科技的不断进步，工业机器人的发展过程可分为三代，第一代，为示教再现型机器人，
10、它主要由机器手控制器和示教盒组成，可按预先引导动作记录下信息重复再现执行，当前工业中应用最多，也是本课题采用的机器人。第二代为感觉型机器人,如有力觉触觉和视觉等,它具有对某些外界信息进行反馈调整的能力，目前已进入应用阶段。第三代为智能型机器人它具有感知和理解外部环境的能力，在工作环境改变的情况下，也能够成功地完成任务，它尚处于实验研究阶段。随着工业机器人发展的深度和广度以及机器人智能水平的提高，工业机器人已在众多领域得到了应用。从传统的汽车制造领域向非制造领域延伸。如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统用于维护维修的机器人等。在国防军事、医疗卫生、食品加工、生活服务等领域工业机器人的应用也越来
11、越多。汽车制造是一个技术和 资金高度密集的产业，也是工业机器人应用最广泛的行业，几乎占到整个工业机器人的一半以上。在我国，工业机器人最初也是应用于汽车和工程机械行业中。在汽 车生产中工业机器人是一种主要的制动化设备，在整车及零部件生产的弧焊、点焊、喷涂、搬运、涂胶、冲压等工艺中大量使用。据预测我国正在进入汽车拥有率上 升时期，在未来几年里，汽车仍将每年 15%左右的速度增长。所以未来几年工业机器人的需求将会呈现出高速增长趋势，年增幅达到 50%左右，工业机器人在我国汽车行业的应用将得到快速发展。工业机器人除了在汽车行业的广泛应用，在电子，食品加工，非金属加工，日用消费品和木材家具加工等行业对工
12、业机器人的需求也快速增长。在亚洲，2005 年安装工业机器人 72，600 台，与 2004 年相比，增长了 40%，而应用在电子行业的就占了 31%左右。在欧洲地区，据统计 2005 年与 2004 年相比工业机器人在食品加工行业的应用增长了 17%左右，在非金属加工行业的应用增长了 20%左右，在日用品消费行业增长了 32%，在木材家具加工行业增长了 18%左右。工业机器人在石油方面也有广泛的应用，如海上石油钻井、采油平台、管道的检测、炼油厂、大型油罐和储罐的焊接等均可使用机器人来完成。在未来几年，传感技术，激光技术，工程网络技术将会被广泛应用在工业机器人工作领域，这些技术会使工业机器人的
13、应用更为高效，高质，运行成本低。据预测，今后机器人将在医疗、保健、生物技术和产业、教育、救灾、海13洋开发、机器维修、交通运输和农业水产等领域得到应用。 1. 工业机器人国内外发展情况 美国是机器人的诞生地,早在 1961 年，美国的 Consolided Control Corp 和AMF 公司联合研制了第一台实用的示教再现机器人。经过 40 多年的发展，美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位。其技术全面、先进，适应性也很强。日本在 1967 年从美国引进第一台机器人,1976 年以后，随着微电子的快速发展和市场需求急剧增加，日本当时劳动力显著不足，工业机器人在企业里受到了“救世主”般的
14、欢迎，使其日本工业机器人得到快速发展,现在无论机器人的数量还是机器人的密度都位居世界第一，素有“机器人王国”之称。德国引进机器人的时间比英国和瑞典大约晚了五六年,但战争所导致的劳动力短缺,国民的技术水平较高等社会环境,却为工业机器人的发展、应用提供了有利条件。此外，在德国规定,对于一些危险、有毒、有害的工作岗位,必须以机器人来代替普通人的劳动。这为机器人的应用开拓了广泛的市场,并推动了工业机器人技术的发展。目前,德国工业机器人的总数占世界第二位,仅次于日本。近些年，法国，英国，意大利等国家由于自身国内机器人市场的大量需求，发展速度非常迅速。我国工业机器人起步于 20 世纪 70 年代初期,经过
15、 30 多年发展,大致经历了3 个阶段:70 年代萌芽期,80 年代的开发期和 90 年代的应用化期。随着 20 世纪70 年代世界科技快速发展，工业机器人的应用在世界掀起了一个高潮,在这种背景下,我国于 1972 年开始研制自己的工业机器人。进入 20 世纪 80 年代后,随着改革开放的不断深入,在高技术浪潮的冲击下,我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持,“七五 “期间,国家投入资金,对工定机器人及零部件进行攻关 ,完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发,研制出了喷漆,点焊,弧焊和搬运机器人。但是与发达国家相比，我国工业机器人还有很大差距。我国目前工业机器人公司主要有中国新松机
16、器自动化股份有限公司和首钢莫托曼机器人有限公司。目前，国际上的工业机器人公司主要分为日系和欧系。日系中主要有安川、EPSON、三菱、东芝、 YAMAHA 等产品。欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS 、瑞典的 ABB 公司。1.3 方案的实现方法 方案采用 EPSON 机械手进行产品上下料抓取搬运，采用 System 14Introduction 系统进行视觉定位。产品下料流出产品，通过传送带输送，进入固定 CCD 区域时，传送带停顿 CCD 并进行拍摄和图像处理定位产品；当产品进入工业机器人区域时，并根据反馈的信号进行产品识别的区域点胶；然后产品进入下一个固定 CCD 区域时，传送带停顿
17、CCD 视觉进行再次定位产品；与此同时第二台工业机器人对要粘贴的产品物料进行抓取搬运，运动到固定向上CCD 相机上方拍照，补正吸取时的位置误差，判断无误后，进行产品的定位粘帖；工业机器人将该粘帖产品准确贴合至贺卡明信片上，实现了机器代替人工的工业自动化生产。工业机器人根据所接收的信号进行周而复始的运动，有效的降低人工劳力成本，提高效率。该方案目前已经在佳润隆印刷有限公司实现了自动化流水线生产。1. 本文组织结构第 1 章绪论对机器人行业发展及前景、国内外研究状况、方案实现方法和论文结构进行了简单阐述。第二章对方案采用的主体 EPSON 器人，EPSON RC+5.0 软件开发环境设计进行介绍，
18、特别介绍了 SPEL+多任务编程语言。第三章介绍整体方案设计的思路和步骤，包括机构的设计和视觉系统的应用。另外介绍了 EPSON 机器人电气线路安全 I/O 的线路连接。第四章主要总结本文的研究工作，并提出了下一步的研究方向和对未来的展望。15第 2 章 EPSON 机器人介绍.1 EPSON 机器人1.2.1 工业机器人分类及特点工业机器人（industrial robot,简称 RI）是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多个学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备；是 广泛适用的能自主动作，且多轴联动的机械设备 ；自从 1962 年美国研制出世界第一台工业机器人以来，机器
19、人技术及其产品发展很快，已经成为柔性制造系统（FMS） ，自动化工厂（FA） ，计算机集成制造系统（CIMS）的自动化工具。工业机器人的种类分为单轴机器人，直角坐标系机器人，轴（SCARA、水平多关节） ，机器人轴（垂直多关节）机器人。单轴机器人特点：采用精密滚珠丝杠和同步带作为传动件结构简单、精密、坚固运行平稳、定位精确、噪音小，安装使用与维护简便；直角坐标机器人特点：结构简单，一般有多自由度运动，每个运动自由度之间的空间夹角为直角 高可靠性、高速度、高精度 ，但体积比较庞大。轴机器人特点：有 4 个轴（4 个自由度）X 、Y 、Z、U，这类机器人的结构轻便、响应快 ，最适用于平面定位、垂直
20、方向进行装配的作业 ；轴机器人特点：有 6 个关节（六个自由度） X、Y、Z、U 、V、W，适合于几乎任何轨迹或角度的工作可以自由编程，完成全自动化的工作 ，提高生产效率。工业机器人目前应用领域：装货、卸货、喷漆、表面处理、测试、测量、弧焊、点焊、包装、装配、切屑机床、固定、特种装配操作、锻造、铸造等。 1981 年，爱普生工业机器人诞生。当时，爱普生工厂自动化业务部开始在世界范围内与其它制造商分享其在高精密小型零部件组装领域的专业知识。创立爱普生工业机器人的最初目的是满足内部自动化需求，却迅速获得了全球许16多最高水准的制造工厂的认可。在过去 26 年里，爱普生工业机器人一直是小型部件组装作
21、业领域的领导者，其中包括基于 PC 的控件、紧凑型 SCARA 机器人等。EPSON 机器人的最大特点：精密机器人（单轴/4 轴/6 轴）（）高速度（）高稳定性（）高精度（）便捷的选配件（视觉系统/传送带跟踪）（）视觉系统配合机器人实现互动（）传送带跟踪选件1.2.2 EPSON 机器人基础知识1、机械手坐标系：17XY 方向坐标（前后左右） Z 方向坐标（上下） U 方向坐标（旋转）2. 机械手的手臂姿势在使用机械手作业时，有必要使其用示教时的手臂姿势在指定的点上动作。否则，根据手臂姿势的不同，会产生轻微的位置偏移，或朝着意想不到的路径动作的结果，有干涉周边设备的危险。为了避免这种情况，在点
22、数据中必须事先指定使其在此点上动作时的手臂姿势（如下图） 。此信息也也可以从程序中变更（L 或者R） 。2.1 SCARA 机械手的手臂姿势图：3.硬件概要18系统构成：192.2 EPSON RC+5.0 软件开发环境2.2.1 EPSON RC+5.0 软件一，EPSON RC+ 用户界面：二，示教1. 微动 Jog On 1; D50; Off 1!Fend116第 3 章 整体方案设计3.1 机构设计3.1.1 系统构架1，应用产品 贺卡、明信片点胶和粘贴产品，下图展示部分产品2，点胶、粘贴机构示意图系统机构图1173，系统效果图流程说明：（1）产品下料流出产品，通过传送带输送；（2）
23、产品进入固定 CCD 区域时，传送带停顿 CCD 并进行拍摄和图像处理定位产品；（3）产品进入工业机器人区域时，并根据反馈的信号进行产品识别的区域点胶；（4）产品进入下一个固定 CCD 区域时，传送带停顿 CCD 视觉进行再次定位产品；（5）产品进入工业机器人区域时，与此同时第二台工业机器人对要粘贴的产品物料进行抓 取搬运，运动到固定向上 CCD 相机上方拍照，补正吸取时的位置误差，判断无误后， 进行产品的定位粘帖；（6）工业机器人将该粘帖产品准确贴合至贺卡明信片上。（7）工业机器人根据所接收的信号进行周而复始的运动，有效的降低人工劳力成本，提高 效率。补充说明：（1）对于点胶治具机构部分，该
24、装置由客户公司配合进行设计；（2）对于粘帖的动作过程和抓取治具，确定粘帖产品 为垂直安放在装置中，进行粘帖工序的工业机器 Z 轴治具上需要安装一个带 90 度旋转的气缸或其他选择装置（3）方案中我主要设计机器人本体、控制器和软件，还有 CCD 摄像头模块套件相关，其它所用治具、流水线、上料机构等均由客户提供设计制造。3.1.2 工业机器人结构选型选取型号为 LS3-401S/RC90 的爱普生工业机器人，负载 3Kg，行程118400mm，配合视觉范围 450450mm 的CCD 摄像头（ 500 万像素）模块，工业机器人工作范围(1)机器人最大长方形工作范围面积的计算，如上图所示。设产品的长
25、为 x，宽为 y， 并进行微积分优化计算；当 x=500，y=170.7 时，工作面积最大 xy=85000 平方毫米，如上图阴影部分所示；当 x=240，y=240 时，为长宽相等的正方形面积；(2)综合计算，长 x 和宽 y 符合以下范围的都能实现工作：22406.14850.xyx；(3)结论：综合以上动作范围和 CCD 摄像头所拍摄的范围为 450450，长和宽选择240 240 以下尺寸的产品进行点胶和搬运，可以达到最佳的工作效果。(4)主要参数： 贴合要求精度：0.2mm（分布如下）贺卡产品 CCD 摄像头定位精度 0.18mm119粘帖产品定位精度：0.01mm工业机器人重复定位
26、精度： 0.01mm(5)一条流水线配置：3.2 电气设计3.2.1 创科机器视觉软件开发平台（1）设备原理介绍设备由机器视觉图像处理、人机界面部分组成：项次 名称 型号 数量1EPSON四轴工业机器人（适用产品尺寸范围240240）LS3-401S/RC90 22 创科机器视觉软件 CkvisionV5.0 33创科千兆网接口带触发功能高分辨率工业相机（500万像素）CK-H500 34 工业镜头 M0814-MP 35 正面背光光源（含控制器） CK-T450450 36 识别坐标位置软件 （含加密狗） 识别坐标位置 软件 3120（2）视觉检测系统原理：作业开始前先由工人送料到料带震盘中
27、，料带带动产品移动到相机拍照视野范围内，相机自动对产品进行影象抓拍并进行图象处理分析得出检测结果。（图像处理模块基于创科机器视觉软件开发平台 CKVisionV5.0，该平台是国内首屈一指的机器视觉软件开发平台，目前也是国内唯一一款通过软件企业认证的标准机器视觉软件。该平台集成了 BLOB 分析，对象计数、几何匹配、灰度匹配、字符识别、条码识别、测圆、卡尺测量、外经内经测量、颜色识别、图像基本运算（二值化、比例变换、开运算、闭运算、膨胀、腐蚀、滤波）等功能。接口函数丰富有 DLL 和 OCX。支持 VB、VC 等开发工具。在 OCX 功能表中，每个功能之间都坐标联系接口，提高了功能之间的整合性
28、能。另外创科提供打大量的范例代码以帮助开发者对图像识别的开发速度。 ）系统会自动计数以及生成报表等功能。处理分析产品产品系统会自动计数以及生成报表等功能。拍照继续得出判断结果自动识别点胶位置自动识别贴合坐标位置是否完成 是否121（3）视觉系统功能1. 实时抓拍。2. 自动检测得出结果（自动识别点胶位置） 。 3. 自动输出识别信号。(贴合坐标位置)122（4）系统构造介绍1. 系统由视觉检测系统、人机界面组成。2. 每套视觉检测系统采用 PC Based 视觉系统连接 千兆网相机高速工业像机。3. 人机界面简单明了。（5）精度分析精度计算公式：精度=视野范围/相机分辨率（6）系统实验截图自动
29、检测识别点胶位置 1.点击学习 点胶位，学习绿色圆 ROI 的范围作为模板；作为搜索的基2.检测与模板相同 点胶位 中“圆” 。在模板作为搜索到的基（点胶位）123自动识别贴合坐标位置1.点击 学习绿色特征 ROI 的范围作为模板；并获得坐标位置2.检测到结果显示 搜索的并获得坐标位置 ，显示 124（7）视觉系统方案配置3.2.2 机器人电气线路连接在机器人的电气线路连接中，控制器的电气线路连接较为复杂一些，下面是（RC90）控制器的简图LS 系列控制器（RC90）：全 PLC 功能；简易 USB 安装。序号 型号 名称 单位 数量 配置产品图1 CkvisionV5.0 创科机器视觉软件
30、套 12 CK-H500千兆网接口带触发功能 高分辨率工业相机个 13 M0814-MP 工业镜头 个 14 CK-T450450 正面背光光源（含控制器） 套 15 识别坐标位 置 识别坐标位置软件 （含加密狗） 套 1125当我们要启动机器人工作时，首先将控制器与计算机的电气线路接口插好，检查线路无误之后再打开电源，在这个过程中需要注意机器人的电气连接顺序如图所示:(机器人的电气线路连接顺序图）126（1）RC90 普通 I/O 定义Pin NO Signal Name PinNO Signal Name PInNo Signal Name1 Input NO.0 to 7 18 Inpu
31、t No. 8 to 15 34 Input No. 16 to 232 Input NO.0 19 Input No. 8 35 Input No. 163 Input NO. 1 20 Input No. 9 36 Input No. 174 Input NO. 2 21 Input No. 10 37 Input No. 185 Input NO. 3 22 Input No. 11 38 Input No. 196 Input NO. 4 23 Input No. 12 39 Input No. 207 Input NO. 5 24 Input No. 13 40 Input No.
32、218 Input NO. 6 25 Input No. 14 41 Input No. 229 Input NO. 7 26 Input No. 15 42 Input No. 2310 Output NO. 0 27 Output NO. 6 43 Output NO. 1111 Output NO. 1 28 Output NO. 7 44 Output NO. 1212 Output NO. 2 29 Output NO. 8 45 Output NO. 1313 Output NO. 3 30 Output NO. 9 46 Output NO. 1414 Output NO. 4 31 Output NO. 10 47 Output NO. 1515 Output NO. 5 32 NC 48 NC16 NC 33 Output NO. 8 to 15 49 NC17 Output NO. 0 to 7 50 NC127（2）RC90 安全 I/O 接线图（使用控制器经典接法）不外接急停时可以将安全 I/O 按如下方式接线：1,2,3,7,9,18,20 短接；4,11短接；8,19,21,25 短接；12,17 短接；10,14,15,16 短接；
