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C# 整合 EPSON Robot 與 Basler Camera

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機械手臂常用於取代重複性工作, 而機械手臂有眾多的廠家, 如: ABB、EPSON、TM、Nachi、Kawasaki...等等; 剛好有機會接觸 Epson Robot + Basler Camera 的組合.

前言

導入 EPSON 與 Basler 提供的 DLL ( C# 導入外部 DLL ), 建立開發環境, 整合後呼叫方法完成定點取像任務.

RCAPINet.dll 及 Basler.Pylon.dll

本文

  1. Basler 擷取圖像

  2. Epson Robot

    • 座標軸
    • 移動指令
      • Jump
      • Go
      • Move
      • Bgo
      • …

  3. 定點取像

1. Basler 擷取圖像

Basler 的相機提供 USB 和乙太網路的連接方式, 透過官方軟件 - pylon 設定好 Camera 的 IP, 使開發環境在同一個網域內; 如下圖確認已經在同一個網域 (192.168.10.102) 後, 透過 Tool → Pylon IP Configurator 來確認是否判讀到裝置.

編寫操作方法,

  1. 加入 using:

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    using Basler.Pylon;

  2. 宣告 Camera 實例及方法(對應裝置 S/N 碼):

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    namespace CCD
    {
        public class Basler
        {
            private Camera _camera;
            public void camera_init(string camera_sn)
            {
                _camera = new Camera(camera_sn);
            }
        }
    }

  3. 開啟/關閉 攝像頭:

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    public bool ccd_on()
    {           
        try
        {
            int timeout = 1000;
            _camera.Open(timeout, TimeoutHandling.ThrowException);
            _camera.Parameters[PLCamera.PixelFormat].SetValue("Mono8");
            return true;
        }
        catch(Exception ex)
        {
            return false;
        }                                   
    }

    public void ccd_off()
    {
        _camera.Close();
    }

  4. 擷取圖像:

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    public Bitmap GrabResult2Bmp(IGrabResult grabResult)
    {
        Bitmap b = new Bitmap(grabResult.Width, grabResult.Height, PixelFormat.Format32bppRgb);
        BitmapData bmpData = b.LockBits(new Rectangle(0, 0, b.Width, b.Height), ImageLockMode.ReadWrite, b.PixelFormat);
        pxConvert.OutputPixelFormat = PixelType.BGRA8packed;
        IntPtr bmpIntpr = bmpData.Scan0;
        pxConvert.Convert(bmpIntpr, bmpData.Stride * b.Height, grabResult);
        b.UnlockBits(bmpData);
        return b;
    }

    public Bitmap take_one_picture(int exposure_time)
    {
        _camera.Parameters[PLCamera.ExposureTimeRaw].SetValue(exposure_time);
        IGrabResult grab_pic = _camera.StreamGrabber.GrabOne(5000);
        return GrabResult2Bmp(grab_pic);
    }

呼叫方法 take_one_picture(int exposure_time) 就能夠得到 Bitmap 格式的圖像.

2. Epson Robot

  1. 座標軸:
    不管四軸或者六軸手臂, 所謂的 座標點 皆是指機械手臂的末端位置, 而手臂本身就是座標系. 在此認知下, 可以定義出 座標點(x,y,z,u) 所代表的 3D 空間位置及當下位置的旋轉角度(u). 座標系可再分成機器人座標系、工具座標系及本地座標系, 但在此先不介紹.

  2. 移動指令:
    機械臂的移動大致分成 直線移動 和 點到點 (PTP) 移動:

  • Jump: 以門控動作移動至目標座標的動作 (PIP 動作), 優點可以避開障礙物.

  • Go: 用於在當前位置～指定位置之間以 PTP 動作 移動機械臂

  • Move: 用於在當前位置～指定位置之間以 直線插補動作 移動機械臂, 與 Go 最大不同在於所有關節同時移動.

  • BGo: 用於在已選擇的本地座標系上執行偏移 PTP 動作

  • …

宣告實例及變數:

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namespace Robot
{
    public class Epson
    {
        private RCAPINet.Spel spl;
        private string Projectpath;
        private string pts_path;
    }
}

開啟方法:

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public void ini_robot_on()
{
    spl = new RCAPINet.Spel();
    spl.AsyncMode = true;	//開啟同步模式
    spl.ServerInstance = 1;	//指定實例, 如果同時使用 2 隻以上的手臂就 2, 3, ...
    spl.Connect(2);		//指定實例的編號, 對應 RC+ 程序內的編號

    spl.Initialize();
    spl.Project = Projectpath;	//指定到 <專案路徑> 的方案檔(main.sprj)
    spl.Reset();

    reload_points();		//重新讀取點位檔
    spl.MotorsOn = true;	//打開馬達
    spl.PowerHigh = true;	//設為高功率
    initial_output_IO();	//初始化I/O狀態
    robot_para();		//初始化機械手臂參數
}

public void set_project_path(string path)
{
    Projectpath = path + "\\Data\\main\\main.sprj";
    pts_path = path + "\\Data\\main\\robot_project_points.pts";
}

public void reload_points()
{
    spl.ClearPoints();
    spl.ImportPoints(pts_path, "robot1.pts");
    spl.LoadPoints("robot1.pts");
}

public void robot_para()
{
    spl.Accel(100, 100);	//(加速度,減速度)設置 0~100
    spl.Speed(100);		//速度設置 0~100
    spl.Fine(0, 0, 0, 0, 0, 0);	//馬達以 pulse 作定位, 設為 0 代表需為最精準
    spl.Tool(0);		// Tool 座標系
    spl.LimZ(0);		// Limz: Jump 上升時的高度限制
    spl.MemOff(1);		// Epson 提供的 memory 管理系統
}

public void jump(string position)
{
    spl.Jump(position);
}

機械臂還有許多進階的指令如: 並行處理 !..!、 CP、 Till、 Local … 等等, 可以針對開發需求去優化機械臂, 例如可改寫 jump 方法如下透過監控 MemSw(1)、MemSw(2) 及 Sw(0) 的訊號來判斷是否暫停/繼續機械臂動作任務 :

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public void jump(string position)
{
    spl.Till("MemSw(1) = On Or MemSw(2) = On Or Sw(0) = On");
    spl.Jump(position);
    if (spl.TillOn())
    {
        do
        {
            spl.WaitMem(1, false, 5);
        } while (spl.TW());
        jump(position);
    }
}

HINT:
更多詳細介紹參照 EPSON 的官方文件.
ex:
安裝完 EPSON SDK 後, 在 C:\EpsonRC70\manuals\English\ … 底下
1. e_SPEL+Ref73_r1.pdf
2. e_RC+API70_r9.pdf
3. …

3. 定點取像

整合上述兩個 dll 及方法後, 將攝像頭架設於機械臂的末端並完成定點 (P1點) 取像任務:

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public void capture_task(string camera_sn, string P1, int exposure_time)
{
    Robot.Epson rbt;					//宣告機械臂實例
    CCD.Basler bsr;					//宣告攝像頭實例

    rbt.ini_robot_on();					//開啟機械臂
    bsr.camera_init(camera_sn);				//設置攝像頭S/N
    bsr.ccd_on()					//開啟攝像頭

    rbt.jump(P1);                       		//以 jump 方式移動至 P1 點
    Thread.Sleep(100);
    Bitmap Image = bsr.take_one_picture(exposure_time);	//取像
}