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LGGY-BL18X型視覺感知與工業(yè)機器人實訓(xùn)平臺

一、產(chǎn)品概述

針對工程應(yīng)用中對工業(yè)機器人作業(yè)與應(yīng)用需求，實訓(xùn)平臺采用工業(yè)機器人與控制系統(tǒng)、視覺感知系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)及輔助模塊相結(jié)合，通過模塊化設(shè)計，實現(xiàn)機器人實踐教學(xué)與科研驗證。在機器人工作平臺中，工業(yè)機器人通過與視覺系統(tǒng)的協(xié)同，完成軌跡示教、搬運、碼垛、視覺系統(tǒng)標(biāo)定、目標(biāo)空間定位、物品識別、物體抓取、零件裝配等應(yīng)用。此外，系統(tǒng)內(nèi)部采用PLC控制系統(tǒng)與以太網(wǎng)通信，對機器人運動全過程進(jìn)行信息實時監(jiān)測與控制。

工作臺架設(shè)置了專用于工業(yè)機器人基礎(chǔ)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(yè)機器人視覺檢測所需的外設(shè)模塊。同時，臺架設(shè)置了快速更換工件區(qū)與立柜式工件倉儲區(qū)，通過工件的抓取，旋轉(zhuǎn)，放置等流程，完成機器人切割，碼垛等任務(wù)執(zhí)行的工件切換。

另外，還在臺架上設(shè)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(xiàn)對物料的平面或立體特征的提取，驅(qū)動機器人完成不同的任務(wù)。此外，針對動態(tài)旋轉(zhuǎn)目標(biāo)，機架上設(shè)置了旋轉(zhuǎn)送料機構(gòu)，機器人動態(tài)抓取目標(biāo)后，通過工業(yè)視覺系統(tǒng)對物料底部進(jìn)行掃描，獲得工件的表面特征，最后檢測識別后根據(jù)任務(wù)需求做出各類執(zhí)行動作。

二、主要技術(shù)與功能介紹

1.機器人與機電控制技術(shù)

在充分保障工業(yè)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(xiàn)學(xué)生通過PLC編程控制機器人部分運動的功能。學(xué)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(tǒng)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(lián)動控制仍可以通過示教編程或計算機編程下載實現(xiàn)。

2.工業(yè)機器人通信技術(shù)

平臺提供機器人運動控制及信息交互的部分通信協(xié)議，學(xué)生可以利用同網(wǎng)絡(luò)的計算機，通過通信編程對工業(yè)機器人輸出信息進(jìn)行解碼與狀態(tài)監(jiān)測，同時，也可以向機器人發(fā)送部分在安全操作范圍內(nèi)的動作控制指令與其他程序。利用實訓(xùn)平臺，學(xué)生可以充分理解并實踐以太網(wǎng)通信技術(shù)在工業(yè)機器人系統(tǒng)中的應(yīng)用，了解工業(yè)領(lǐng)域通信方式與協(xié)議的編制，同時還可以全方位實踐以太網(wǎng)通信的全過程，為機器人遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)於ɑA(chǔ)。

3.工業(yè)機器人視覺技術(shù)

實訓(xùn)平臺提供高清穩(wěn)定的工業(yè)級視覺系統(tǒng)，開源機器視覺標(biāo)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(jié)果與機器人動作控制執(zhí)行相統(tǒng)一。學(xué)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(diào)用相應(yīng)的控制API，完成機器人結(jié)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(shè)置不同分值，進(jìn)行限時碼垛計算分值競賽等。通過對該技術(shù)的探索，可為機器人在各類實際工業(yè)場景中的智能作業(yè)提供強有力技術(shù)支撐。

4.基于深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)檢測與識別技術(shù)

深度學(xué)習(xí)是近年來人工智能的典型代表。平臺通過搭載深度學(xué)習(xí)算法模型，可實現(xiàn)對復(fù)雜場景中的各種類型的目標(biāo)檢測與識別。在真實的工程環(huán)境條件下，由于作業(yè)條件的動態(tài)變化，采用傳統(tǒng)機器視覺容易受參數(shù)的影響而檢測不準(zhǔn)，識別精度不夠，因此，采用深度學(xué)習(xí)算法，通過構(gòu)建工程場景下的目標(biāo)檢測與識別，完成多類目標(biāo)的快速、準(zhǔn)確檢測與識別，為機器人的決策提供基礎(chǔ)。

5.人機交互技術(shù)

工業(yè)機器人作為無人化操作的執(zhí)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(xué)生可以通過編程實現(xiàn)對自然語言、手勢圖像的識別，并控制工業(yè)機器人精準(zhǔn)完成某些特定的動作，如向上移動20cm。在工業(yè)機器人運行過程中，系統(tǒng)提供顯示屏實時顯示機器人的運動狀態(tài)。

三、硬件設(shè)備介紹

1.工業(yè)機器人本體

工業(yè)機器人本體作為該實驗系統(tǒng)的核心與動作執(zhí)行器，其主要功能是完成控制系統(tǒng)所產(chǎn)生的一系列行為決策。系統(tǒng)運動準(zhǔn)確、可靠、穩(wěn)定，且在運行過程中，系統(tǒng)設(shè)計有多重防碰撞、防傷人的傳感模塊。此外，系統(tǒng)設(shè)置有緊急停止開關(guān)與柔性控制功能，防止機器人失控，保障系統(tǒng)安全。

2.實訓(xùn)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(zhuǎn)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(tǒng)

（10）氣缸和氣動模塊

3.人機交互系統(tǒng)

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(tǒng)配置機器人運動檢測軟件，實時查看機器人運行狀態(tài)，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(zhì)量輸入與預(yù)處理，用戶可根據(jù)自然語言處理算法與識別結(jié)果進(jìn)行機器人顯示與動作執(zhí)行，完成人機交互。手勢圖像識別系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)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(jìn)行動作的交互，識別人臉時，可進(jìn)行權(quán)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(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)采用西門子1200系列PLC，系統(tǒng)集成16路輸入和16路輸出IO口，內(nèi)置高達(dá)64K大容量的RAM存儲，提供相關(guān)電氣連接線與附屬器件。

整體來說，該實訓(xùn)平臺集合了工業(yè)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(yè)通訊技術(shù)等多領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，為實驗室提供一個先進(jìn)的、高自由度的、創(chuàng)新性的研究和應(yīng)用平臺，適合工業(yè)機器人運動控制關(guān)鍵技術(shù)、機器視覺理論與應(yīng)用、工業(yè)機器人智能化等方向的研究。

四、課程資源

1 工業(yè)機器人控制及離線編程

（1）工業(yè)機器人示教編程控制

（2）工業(yè)機器人基礎(chǔ)操作

（3）工業(yè)機器人PLC編程控制

2 基于視覺的工業(yè)機器人應(yīng)用

（1）工業(yè)機器人與視覺系統(tǒng)標(biāo)定

（2）工業(yè)機器人視覺測量

（3）工業(yè)機器人顏色分選

（4）工業(yè)機器人形狀分選

（5）工業(yè)機器人產(chǎn)品缺陷檢測

（6）基于語音識別的工業(yè)機器人控制

（7）基于手勢識別的工業(yè)機器人控制

（8）基于圖像識別的工業(yè)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(yè)機器人課程設(shè)計

（1）基于視覺的工業(yè)機器人產(chǎn)品缺陷檢測

（2）基于視覺的工業(yè)機器人智能快速碼垛

（3）基于視覺的工業(yè)機器人物品智能快速分揀

5 機器視覺與圖像處理課程設(shè)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(chǎn)品缺陷精準(zhǔn)檢測與分類

（4）產(chǎn)品空間定位與在線尺寸測量

6 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計

（1）工業(yè)機器人搬運碼垛工作站系統(tǒng)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(tǒng)集成

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