EPSON机械手视觉操作手册

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版本起止日期 AMD 修订者说明
1.0.0 2020年03月24日 A iyouqingi
注：（A-添加，M-修改，D-删除）

本节主要针对EPSON RC+选件—— Vision Guide 7.0主要致力于提供解决机器人指导应用所需的视觉工具，Vision Guide 7.0有能力提供多种不同类型的机器视觉应用。Vision Guide 7.0与其他视觉系统的主要差别之一是，Vision Guide 7.0形成了EPSON机器人系统的一个组成部分。因此，其他EPSON RC+7.0的基本特性这里不再详细介绍。
下文将从新视觉对象的创建、Vision Guide 7.0 可移动式相机的校准、实际的机器人动作到Vision Guide 7.0检测到的零件，利用示例应用向用户介绍了第一次使用Vision Guide 7.0应如何操作。

创建一个简单的视觉系统寻找零件应用，使机器人向零件移动过程：
- 本教程所需的物品(相机镜头)。
- 创建一个新的 EPSON RC+ 7.0 项目。
- 新建一个视觉序列。
- 利用 Blob 对象来寻找零件。
- 编写一个 SPEL+程序来与视觉序列交互。
- 用相机来校准机器人。
- 利用视觉系统指示机器人向零件移动。
- 找到并移动到多个相似零件。

一、教程所需要以下物品：

- 必须将 EPSON RC+ 7.0 安装在您的电脑上。
- 必须为 Vision Guide 7.0 安装一台相机(含镜头光源)并保证相机正常工作。
- 将 EPSON 机器人安装在底座上，该底座需有一个工作表面，并且该工作表面应连接在机器人正面，以便机器人能够使用此工作表面。连接计算机、相机、控制器和以太网交换机之间的以太网电缆时，确保计算机的主电源、控制器电源和相机电源已经关闭。未关闭电源可能造成损害。
- 相机安装镜头，并且尝试给镜头对焦。为了检查您的对焦情况，可打开了 Vision Guide 窗口来观察图像，现在我们只需要确保我们能够准确看到靶纸上的目标特征。

二、启动EPSON RC+ 7.0并创建一个新项目

(1) 开启您的控制器。
(2) 双击 Windows 桌面上的<EPSON RC+7.0>图标来启动 EPSON RC+7.0。
(3) 点击 EPSON RC+7.0 菜单栏上的 Project 菜单。
(4) 点击 Project 项目菜单的 New Project 菜单条目，会显示 New Project 对话框。
(5) 键入新项目的名称。我们推荐您使用自己的名字，并在后面附上字母"tut"。以便试用本教程的每个人都能够为其项目建立一个独特的名称。我们此处的项目将会用到名称“vgtut”。您在名称字段键入了名称之后，点击<OK>按钮。至此，您已创建了一个名叫 xxxxtut 的新项目。

三、新建一个视觉序列

(1) 一旦您创建了新的 EPSON RC+7.0 项目，您将会注意到许多的工具栏图标都启用了（不再呈灰色）。找到<Vision >工具栏按钮。点击视觉工具栏按钮以打开 Vision Guide 窗口。
(2) 我们在使用 Vision Guide 7.0 窗口之前，必须首先创建一个视觉序列。通过点击<New Sequence >工具栏按钮来完成新视觉序列的创建。请记住，该工具栏按钮位于 Vision Guide 窗口工具栏上，而不是在 EPSON RC+7.0 主工具栏上。此时将出现[New Sequence]的对话框。
(3) 输入新视觉序列的名称“blobtut”并点击 OK 键。之后我们在 EPSON RC+7.0的代码中将使用名称“blobtut”，因此须确保按照以上的拼写准确键入该名称，不带引号。现在我们已经创建了一个名为“blobtut”的新视觉序列，并且从现在起我们将围绕该视觉序列进行操作。

四、利用 Blob 对象来寻找零件

第1步：创建一个新的Blob对象
(1) 用鼠标左键点击 Vision Guide 7.0 工具栏上<New Blob>工具栏按钮，然后释放按钮。（一旦您点击了 New Blob 工具栏按钮，不要按着鼠标左键不放。）
(2) 现在将鼠标向下移到图像显示区域中心的垫圈图像上。离开 Vision Guide 7.0 工具栏后，鼠标指针将变为 Blob 对象图标。
(3) 继续将鼠标移动到图像显示区域的中心，然后点击鼠标左键。此举将完成新Blob 对象在图像显示区域中的定位。

第2步：确定Blob对象位置及尺寸
现在我们需要为 Blob 对象的搜索窗口进行定位并规定其尺寸。Blob 对象“Blob01”的搜索窗口为下图中垫圈左边的框。我们将搜索窗口放大，以便能够在几乎整个视场内搜索垫圈。

第3步：设置属性并运行Blob对象
现在搜索窗口已经大到能够看到搜索窗口中的垫圈。现在我们准备好来测试 Blob 对象，以确保能够找到垫圈。
(1) 点击位于 Vision Guide 窗口右上侧树中的 Blob01 对象。此举将显示 Blob01 对象的属性和结果。

(2) 查看属性列表并查找 Name 属性。双击 Name 属性的 Value 字段以突出显示当前的名称。现在输入名称“washer”。我们就将 Blob 对象的名称改成了“washer”。查看 Name 下拉菜单中[Jog]选项卡顶部以及搜索窗口上的名称标签，您会发现两处的名称都更改了。

(3) 在您查看 Properties 列表时，您可能也想检查 Polarity 属性。由于我们刚刚创建了一个新的二进制对象，Polarity 的默认值为 DarkOnLight，表示在浅色背景上找到了一个深色二进制对象。我们也可以将该属性更改为LightOnDark。但是由于我们希望在浅色背景上找到一个深色二进制对象（垫圈），因此保持 Polarity属性不变。
(4) 现在我们准备好运行 Blob 对象“washer”。为运行该对象，点击位于运行面板右下方的 Run 按钮。此举将会执行 Blob 对象“washer”，并且在这种情况下，Blob 对象将会找到一个看起来像垫圈的二进制对象。您可在运行了 Blob 对象之后，通过检查搜索窗口的颜色，确定已经找到了 Blob。如果找到了 Blob，则搜索窗口呈绿色；如果没有找到则呈红色。（您也可以通过检查 Results 列表来查看是否找到了 Blob 接下来有更多内容）
(5) 现在试着轻微移动印有目标垫圈的纸张，然后再次点击 Run 按钮。确保垫圈保持在您创建的搜索窗口中。您可以看见二进制对象的新位置已经找到并在图像显示窗口中用绿色加亮。（如果您移动纸张使得垫圈位于搜索窗口边界以外，则 Blob 对象将找不到垫圈，您会发现这一情况是因为在没有找到对象时，搜索窗口将变成红色。）

第4步：检验结果
既然已经运行了名为“washer”的 Blob，您可以检验该对象的返回结果。结果显示在 Results 列表中，正好处于属性列表之下。
(1) 在 Results 列表中找出名为 Found 的结果。这时，Found 结果的值应为 True，因为我们刚刚找到了二进制对象。如果没有找到二进制对象，Found 结果将显示为 False。
(2) 您也可以参见 Results 列表顶部的 Area 结果。此处显示了找到的二进制对象的面积。
(3) 使用滚动条将结果列表移动到底部。在 Blob 结果列表的底部您可以看到 Time结果。该结果告诉我们找到此二进制对象花了多少时间。

第5步：保存您的视觉序列
此时我们可能需要保存我们所做的工作。同所有应用一样，经常定期地保存您的工作是一个不错的办法。EPSON RC+ 7.0 的 Project Management 功能使与该项目相关的每个事项都能立刻进行保存。可以通过下面的一个步骤轻松完成：点击<Save >工具栏按钮。

五、编写一个SPEL+程序来与视觉序列联用

Vision Guide 7.0视觉序列和 SPEL+一起组合，列入了以下基本步骤：

(1)点击 EPSON RC+ 7.0 工具栏上的<Open File >工具栏按钮。此举有名为 main.prg 的程序的[Open File]对话框，进行创建。
(2)打开创建main.prg 程序文件。
(3)SPEL+程序来与视觉序列联用以下为示例程序，该程序将运行视觉序列“blobtut”，并检“washer”的 Blob 对象相关的属性。例如我们会检查是否找到找到了，我们将显示一条“The washer was found!”的消息以及如果没有找到，我们将显示一条“The washer was not found!”的现在您应看到在标题栏上显示有 MAIN.PRG 的编辑窗口。
EPSON RC+ 7.0 的 Run 窗口分为两部分。Run 窗口的左半部分为图像显示区域（注意中间显示的垫圈），Run 窗口的右半部分为文本区域，用于显示文本消息。注意，找到了二进制对象以后，二进制对象在 Run 窗口左侧的图像显示区域中用绿色突出显示。

Function main
Real area
Boolean found
VRun blobtut
VGet blobtut.washer.Found, found
If found = TRUE Then
VGet blobtut.washer.Area, area
Print "The washer was found!"
Print "The washer area is: ", area, " pixels"
Else
Print "The washer was not found!"
EndIf
Fend

六、校准机器人相机

这一部分将指导如何使用安装在 SCARA 机器人机械臂端部的可移动式相机来校准机器人。校准所提供的机制使视觉系统得以了解机器人世界坐标系。一旦校准之后，便可使用视觉系统来找到零件的机器人坐标位置，以便机器人拾取零件。然而在开始校准之前，我们需要开启电机并校准（归位）机器人，从而使机器人准备就绪。

第1步：开启电机
(1) 点击 EPSON RC+ 7.0 主工具栏上的<Robot Manager >工具栏按钮。您会看到出现以下对话框。

第2步：利用Tool Setting来创建一个新工具
为了将带有视觉系统的机器人用于指导应用，需要精确地测量工具或安装在臂端的夹具的位置。一些工具偏离于 Z-轴法兰的中心，而其它工具的安装则与 Z-轴的中心对准。在安装机器人工装时，不论我们多么仔细，也几乎可以肯定有偏离 Z-轴的情况存在。因此我们必须使用 SPEL+的 Tools 功能来进行补偿。要使用 Vision Guide 来引导机器人，必须对工具有深入的理解。我们将使用 Tool Wizard（工具向导）功能来创建一个工具，为我们的校准杆（夹具）所用。
(1) 点击[Tools]选项卡。
(2) 点击<Tool Wizard>按钮。
(3) 对于 Tool Wizard 中的第一点，点动机器人至目标位置（纸上的垫圈位置），以便杆或夹具准确位于垫圈的中心。您需要向下点动机器人，以便您能够十分靠近靶纸，但又没有接触到靶纸。靶纸上方 5-10mm 空间内的任何位置都可以。您只需按要求尽可能地靠近靶纸，以便能够很好地看到杆（或夹具），然后点动至垫圈的中心。
(4) 对于 Tool Wizard 中的第二点，将 U 轴点动大约 180 度，然后点动杆或（夹具）
直到其居于垫圈的中心。
(5) 点击<Finish>按钮以确定新工具并退出 Tool Wizard。至此，我们已经确定了Tool1 的参数。

第3步：测试新工具
现在您应返回 Jog 和 Teach 窗口。由于我们将机器人放在目标位置（垫圈）上之后还没有点动机器人，所以机器人的夹具（或杆）应当依然位于目标位置的正上方。
(1) 在 Z 方向（+Z）上将机器人向上点动约 10-15mm。这样一来，将使我们的夹具（或杆）远离工作表面，以防出问题。
(2) 点击位于 Jog 和 Teach 窗口右上角的工具下拉列表的向下箭头。
(3) 因为我们想选择工具 1，所以点击“1”。（记住这是我们刚刚在步骤 4 中示教的工具。）
(4) 现在试着将 U 轴向正反两个方向点动。您应看到夹具（或杆）的尖端停留在其当前的 XY 位置上，而机器人围绕该点旋转。若工具偏离于 Z 轴中心，则更容易观察到这种现象。如果您使用直接位于 Z 轴下方的杆，那么就很难观察到这种现象。
(5) 当 U 轴在移动时，您应预料到在 XY 位置上的夹具（杆）也会有所移动。然而，U 轴的每个点动步骤完成以后，夹具应返回至目标（垫圈）的 XY 位置。
(6) 如果您的工具看起来没有正常地工作，返回到第 2 步并再次尝试。
(7) 关闭 Robot Manager。现在我们完成了机器人的定义和测试。

第4步：启动相机校准程序
现在我们已准备好用可移动式相机来对机器人进行校准。
(1) 点击 EPSON RC+ 7.0 工具栏上的<Vision >工具栏按钮，使视觉开发窗口回到屏幕前方。
(2) 点击 Vision Guide 窗口中的<New calibration >工具栏按钮。将打开[New Calibration]对话框。
(3) 输入名称“downcal”，并点击 OK 按钮。
(4) 在[Calibration]窗口的属性列表中将 CameraOrientation 属性设为“Mobile J4”。
(5) 将 RobotTool 属性更改为 1，这样一来便将在示教校准基准点时选用 Tool 1。
(6) 将 TargetSequence 属性设置为 blobtut。该序列将用于在校准过程中寻找零件。

第5步：示教校准点
(1) 点击位于视频显示下方的<Teach Points>按钮。
(2) 如下图所示，Vision Guide 窗口切换到 Teach Points 模式。请注意，在 Vision Guide 窗口顶部将看见一则消息，要求您“Jog to top left camera position”，如下图所示。这表示将机器人（和相机）点动至能在 Vision Guide 窗口图像显示区域左上角看见垫圈的位置。

下图显示了通过点动方式使机器人到达的大致位置。如图所示，此为需要校准的 9 个相机位置中的第一个位置。

示教需校准的相机位置(示教设置手动需要自己移动到相应位置，设置自动时机械手会自动一定位置但是不能保证9个位置都能找到)
(3) 示教第一个相机位置：点动机器人，以便使相机位于能够在 Vision Guide 窗口
图像显示区域左上角看见垫圈的位置。
(4) 点击 Vision Guide 窗口上的 Teach 按钮。
(5) 示教第二个相机位置：点动机器人至第一个相机位置的右边，以便使相机位于能够在 Vision Guide 窗口图像显示区域顶部中间看见垫圈的位置。
(6) 点击 Vision Guide 窗口上的 Teach 按钮。
(7) 示教第三个相机位置：点动机器人至第二个相机位置的右边，以便使相机位于能够在 Vision Guide 窗口图像显示区域顶部右侧看见垫圈的位置。
(8) 点击 Vision Guide 窗口上的 Teach 按钮
(9) 示教第四个相机位置：从第三个相机位置向下点动机器人，以便使相机位于能够在 Vision Guide 窗口图像显示区域中间偏右处看见垫圈的位置。当您按顺序参考所有的相机位置时，该位置将在第 3 个相机位置之下，这个位置为 Z 字型图案的起点。
(10)点击 Vision Guide 窗口上的 Teach 按钮。
(11)示教第五至第九个相机位置：继续根据 Vision Guide 窗口底部的指示，针对第五到第九个相机位置，点动机器人和示教点。Vision Guide 窗口将会显示针对每个相机位置需要移动的位置。
(12)接下来窗口顶部显示的消息为“Jog to fixed reference”。这表示要点动机器人，以便夹具（杆）居于校准目标零件（这里指垫圈）的中心位置。此时您可以忽略视频显示，因为我们正在将机器人夹具同校准目标对准。继续并点动机器人，以便夹具位于垫圈的中心。其定位十分重要，因为您需要将机器人向下点动至靠近垫圈的位置，以实现良好对准。
(13)一旦您将机器人夹具定位在了垫圈的中心，点击位于 Vision Guide 窗口底部的<Teach>按钮。
(14)将 Z 轴向上点动至足够高的位置，使夹具在校准过程中远离工作表面，并排除任何因机器人夹具太低而撞击到其它对象的可能性。在我们示教 9 个校准点中每个校准点时，均使用此 Z 高度。
(15)在示教了最后一个相机位置以后，会出现一个对话框，说明“所有校准点已经完成了示教”。点击 Finish 按钮继续。校准所需的点已经完成示教。

第6步：运行相机校准
以下显示了完成相机校准程序的最后步骤：
(1) 点击 Vision Guide 窗口[Calibration]选项卡底部的<Calibrate>按钮。
(2) 将出现一个消息框，显示“注意，机器人在校准过程中将以速度 10 和加速度 10移动，是否继续？” 点击<Yes>按钮以继续校准。在校准过程中，机器人将通过全部 9 个校准点，共两遍。如果在机器人正在移动时您需要中止校准，点击[Calibration Cycle]对话框底部的<Abort>按钮。
(3) 校准周期完成以后，出现[Calibration Complete]对话框并显示校准结果数据。检查数据然后点击<OK>按钮。
注意，校准结果显示在[Calibration]窗口的 Results 列表中。

第7步：将“downcal”校准分配至blobtut序列
既然已经创建了“downcal”校准，我们就需要将该校准分配到我们的视觉序列(blobtut) 中。这将使 blobtut 序列能够计算机器人和相机世界坐标值中的结果。
(1) 从[Vision Guide]窗口的序列目录树中点击视觉序列：“blobtut”，将[Sequence]窗口置于前面。
(2) 通过点击 Calibration 属性的值字段，将 Calibration 属性设置为“downcal”，然后点击向下箭头，最后点击所显示的名为“downcal”的校准。此为我们刚刚完成创建的校准。
(3) 点击序列和校准目录树右侧显示的<Jog>按钮显示[Jog]选项卡。
(4) 使用点动按钮在垫圈上方定位相机，以便您可以在图像显示区域内看到垫圈。
(5) 从序列目录树中点击“washer”对象，将[Object]窗口置于前面。
(6) 点击<Run Object>按钮以运行“washer”对象。当找到零件时，查看 Result 列表。您将看到 CameraX、CameraY、RobotX、RobotY 和 RobotU 的结果不再显示“nocal”结果。现在您可以看见关于机器人和相机坐标系的坐标位置数据。

七、使用视觉系统让机器人移向零件

现在修改我们的程序来使视觉系统和机器人联用，以便找到垫圈的位置并移
动到该位置。事先需要示教camshot、safept、washpos三个点位置。
“camshot”位置，在零件上方定位的相机才能使视觉系统看到零件。
“safept“ 位置，一个远离垫圈的安全位置。
“washpos“位置，计算垫圈拾取位置的Z高度。

第1步：修改SPEL+程序
(1) 回到 EPSON RC+ 7.0主界面。
(2) 打开 MAIN.PRG 程序文件。您将会看到我们先前运行的程序。
(3) 现在修改程序，使其如下所示。请记住，SPEL+语言使用单引号 ' 来表示注解。

Function main
'********************************************
' Very important statement below: Use the *
' Z height which you wrote down earlier in *
' Step 3 of "Teaching Robot Points for use *
' with Vision Guidance.Substitute the *
' Z height value (a negative number) which *
' you wrote down in the place of the xx *
' shown below. *
'********************************************
#define ZHeight -xx
Real area, x, y, u
Boolean found
Integer answer
String msg$, answer$
Power Low 'Run robot at a slow speed and accel
Tool 1 'Use Tool 1 for positioning
Jump safept 'Move robot to safe start position

Do 'Continue looping until user stops
Jump camshot 'Move robot to take picture
VRun blobtut 'Run the vision sequence blobtut
VGet blobtut.washer.RobotXYU, found, x, y, u
If found = True Then
VGet blobtut.washer.area, area
Print "The washer was found!"
Print "The washer area is: ", area, "Pixels"
washpos = XY(x, y, ZHeight, u) 'Set pos to move to
Jump washpos
msg$ = "The washer was found!"
Else
msg$ = "The washer was not found!"
EndIf msg$ = msg$ + CRLF + "Run another cycle(Y/N)?"
Print msg$
Input answer$
If Ucase$(answer$)<> "Y" Then
Exit Do
EndIf
Loop

第2步：运行程序以找到垫圈并移动至垫圈
(1) 点击 EPSON RC+ 7.0 主工具栏上的<Run>工具栏按钮。这将导致程序进行编辑，然后开启 Run 窗口。
(2) 点击 Run 窗口上的<Start>按钮。
(3) 现在您的程序将找到垫圈并将机器人移动至垫圈。在您成功找到垫圈以后，试着轻微移动垫圈，然后在对话框询问您是否运行另一个周期时，点击对话框中的<Yes>按钮。如果没有找到垫圈，将会出现一个不同的对话框，询问您是否想要重试。在任何一种对话框中点击<No>将导致程序停止运行。

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