基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人分揀技術(shù)探究

摘 ?要：隨著時(shí)間的推移，我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)得到了空前的發(fā)展，在這種發(fā)展趨勢(shì)之下，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也是十分迅猛的，其中代表性非常強(qiáng)的就是機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)。根據(jù)一定的調(diào)查能夠發(fā)現(xiàn)，在機(jī)器人的視覺(jué)技術(shù)方面，人民群眾是最為重視的，因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)可以在機(jī)器人當(dāng)中進(jìn)行應(yīng)用，并且能夠賦予機(jī)器人非常多的額外功能，這些額外的功能在實(shí)際的社會(huì)工作當(dāng)中進(jìn)行運(yùn)用之后都取得了一定的成效。所以，在本文中就將針對(duì)基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人分揀技術(shù)進(jìn)行探究，并且在文章當(dāng)中提出一定的具有建設(shè)性的意見(jiàn)或者對(duì)策。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺(jué);工業(yè)機(jī)器人;分揀技術(shù);人機(jī)交互

中圖分類號(hào)：TP242.2;TP391.41 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）18-0143-03

Abstract：With the passage of time，China’s social and economic development has been unprecedented. Under this development trend，China’s scientific and technological development is also very rapid，among which the most representative is the related technology of robots. According to a certain survey，the people attach the most importance to the visual technology of robots，because this technology can be applied in robots. And it can give robots a lot of additional functions，these additional functions have achieved some results in the actual social work. In this paper，the industrial robot sorting technology based on machine vision will be explored，and some constructive suggestions or countermeasures will be put forward in the article.

Keywords：machine vision;industrial robots;sorting technology;human-computer interaction

0 ?引 ?言

就目前來(lái)說(shuō)，世界各國(guó)的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)遇到了比較大的瓶頸，而機(jī)器人技術(shù)的蓬勃發(fā)展，是能夠在一定的程度上摒棄發(fā)展瓶頸的限制的，因此，現(xiàn)階段世界各國(guó)都非常重視機(jī)器人事業(yè)的發(fā)展。雖然世界各國(guó)對(duì)于智能工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)研究已經(jīng)過(guò)去了非常長(zhǎng)的一段時(shí)間，但是，在研究的過(guò)程當(dāng)中，還存在一些未能解決的難點(diǎn)問(wèn)題，例如比較常見(jiàn)的工作環(huán)境復(fù)雜程度比較高以及技術(shù)保密性問(wèn)題等等。所以，在接下來(lái)的文章當(dāng)中，就將基于機(jī)器視覺(jué)的角度，對(duì)工業(yè)機(jī)器人分揀技術(shù)進(jìn)行一系列的探究。

1 ?基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人分揀系統(tǒng)概述

由于不同的智能工業(yè)機(jī)器人分揀系統(tǒng)的構(gòu)成是不盡相同的，所以在本文當(dāng)中將以代表性比較強(qiáng)的RH6通用工業(yè)機(jī)器人[1]作為模型，并且還會(huì)對(duì)其內(nèi)部的分揀系統(tǒng)的組成進(jìn)行研究和分析。

1.1 ?系統(tǒng)組成

按照工作單元進(jìn)行分析，RH6通用型工業(yè)機(jī)器人中具有三部分的工作單元，而且其負(fù)責(zé)的工作內(nèi)容其實(shí)是不盡相同的，首先是工作平臺(tái)，其次就是攝像平臺(tái)和視覺(jué)分揀單元，最后就是RC控制單元和機(jī)械手抓單元。

1.2 ?不同組成所負(fù)責(zé)的工作內(nèi)容

在工作平臺(tái)這一劃分單元當(dāng)中，主要具有兩部分的工作內(nèi)容，且這兩部分工作內(nèi)容是在不同的區(qū)域中完成的，分別是工件放置平臺(tái)以及工件分揀放置槽位。一般情況之下，工件放置平臺(tái)整體上是黑色的，這種比較明顯的顏色有利于區(qū)分金屬工件，相關(guān)的工作人員可以在完成工件的分揀操作之后，將其分類并將其放置到工件放置槽當(dāng)中。

在攝像機(jī)平臺(tái)這一劃分單元當(dāng)中，其組成部分主要包含三個(gè)部分，首先是攝像機(jī)，其次是攝像機(jī)的支架，最后就是光源。其中攝像機(jī)部分存在的意義就是獲得試驗(yàn)臺(tái)之上的工件的視頻圖像，而且具有穩(wěn)定的光源之后，圖像的獲取和利用過(guò)程都是比較順利且穩(wěn)定的。在攝像機(jī)平臺(tái)當(dāng)中，攝像機(jī)支架所能起到的作用是非常重要的，因?yàn)樵趯?shí)際的工作過(guò)程中，一些振動(dòng)的情況是不能避免的，而是支架進(jìn)行固定之后，整體平臺(tái)的結(jié)構(gòu)就會(huì)相對(duì)變得穩(wěn)定，且攝像機(jī)支架部分還可以進(jìn)行高度調(diào)節(jié)[2]。

視覺(jué)分揀單元，從組成部分進(jìn)行考慮是比較簡(jiǎn)單的，分別是PC機(jī)和視覺(jué)軟件部分。從發(fā)揮出來(lái)的功能角度進(jìn)行考慮的話，如果在實(shí)際的工作過(guò)程中能夠?qū)⒁曈X(jué)系統(tǒng)進(jìn)行充分的應(yīng)用，在一定的程度上就能夠完成攝像機(jī)視頻的排序，所以，要有效地了解目標(biāo)的種類，并且還要將工件質(zhì)心的位置和擺放方向做好預(yù)設(shè)，這樣能夠使得工業(yè)機(jī)器人的工作能夠有條不紊地進(jìn)行下去。另外，圖像坐標(biāo)系、物體坐標(biāo)系這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)其實(shí)是具有緊密的聯(lián)系的，二者互相聯(lián)系著進(jìn)行計(jì)算，往往能夠快速地得出結(jié)論數(shù)據(jù)。

RC控制單元的構(gòu)成主要包含三部分的，分別是示教盒、控制柜以及RC控制器。在這一操作單元當(dāng)中，每一項(xiàng)構(gòu)成部分所能夠發(fā)揮出來(lái)的作用都是十分巨大的。其中的示教盒，在工作的過(guò)程當(dāng)中，能夠針對(duì)機(jī)器人的初步設(shè)置進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定，并且在控制作用當(dāng)中，示教盒也能夠發(fā)揮出一定的作用。RC控制單元的控制柜與計(jì)算機(jī)的聯(lián)系是非常密切的，在機(jī)器人正常的運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，這一部分能夠接受計(jì)算機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)。最后就是RC控制器了，這一部分主要起到的作用就是對(duì)機(jī)器人的有效控制，使得智能工業(yè)機(jī)器人能夠按照指令做出指定的動(dòng)作，這對(duì)于機(jī)器人的正常使用是非常重要的[3]。

機(jī)械手抓的組成部分相對(duì)比較簡(jiǎn)單，主要包含兩部分，分別是機(jī)械臂以及最重要的抓手部分。二者在實(shí)際的使用過(guò)程當(dāng)中是互相配合著進(jìn)行工作，機(jī)械臂能夠按照給與的信息指示完成相應(yīng)的移動(dòng)動(dòng)作，而抓手部分在實(shí)際的使用過(guò)程中能夠完成分揀抓取的動(dòng)作，二者之間密切配合，能夠高效地進(jìn)行工作。

2 ?基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人分揀系統(tǒng)的相關(guān)要求

2.1 ?形狀方面

眾所周知，在實(shí)際的工業(yè)機(jī)器人的工作過(guò)程當(dāng)中，其面對(duì)的諸多工件其實(shí)都是幾何形狀，所以，工業(yè)機(jī)器人的分揀系統(tǒng)要求能夠適應(yīng)幾何形狀的工件，這樣才能提升整體的工作效率。

2.2 ?抓取工件方面

為了提升智能工業(yè)機(jī)器人的工作效率，相關(guān)的工作人員可以為其提供一定的便利。在實(shí)際的工作過(guò)程當(dāng)中，有可能會(huì)發(fā)生一定的機(jī)械臂碰撞現(xiàn)象，所以，相關(guān)的工作人員在工件放置工作當(dāng)中，要盡量將其分散地進(jìn)行放置，這樣能夠有效地減少機(jī)械臂碰撞的現(xiàn)象，在一定的程度上來(lái)說(shuō)，分散放置能夠提升機(jī)械臂的使用壽命。

3 ?實(shí)際的分揀實(shí)現(xiàn)過(guò)程概述

在這一研究過(guò)程當(dāng)中，可以對(duì)攝像機(jī)平臺(tái)的工作進(jìn)行一定的利用，也就是說(shuō)，可以利用提取到的圖像序列來(lái)將分揀過(guò)程的實(shí)現(xiàn)完整地?cái)⑹龀鰜?lái)，當(dāng)然在這一過(guò)程中，要對(duì)提取到的圖像進(jìn)行特征的分析。

3.1 ?圖像預(yù)處理

進(jìn)行圖像的預(yù)處理有利于分析整個(gè)分揀過(guò)程，雖然這一操作過(guò)程可能會(huì)干擾圖像的形成，但這一操作還是具有非常重要的作用的。

3.2 ?完成目標(biāo)提取

在這一過(guò)程當(dāng)中，Canny算子的應(yīng)用是非常重要的，在對(duì)其進(jìn)行一定的應(yīng)用之后，得到的圖像變化就會(huì)形成諸多參數(shù)數(shù)值，這對(duì)于后續(xù)的研究工作是具有非常大的積極意義的。

3.3 ?單一目標(biāo)的分析

在前文已經(jīng)進(jìn)行了一定的提及，基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人分揀系統(tǒng)所面臨的工件大多都是幾何形狀，但是如果只將角點(diǎn)的檢測(cè)工作作為重要的依據(jù)的話，這項(xiàng)工作其實(shí)是十分不全面的，因?yàn)闊o(wú)法測(cè)出球體這樣一個(gè)幾何工件。為了應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題，需要對(duì)Hough圓檢測(cè)進(jìn)行充分的利用，這樣，在實(shí)際的工作當(dāng)中，智能工業(yè)機(jī)器人分揀系統(tǒng)所面臨的幾何工件的抓取分揀工作的效率就會(huì)比較高，而且工作起來(lái)就是比較全面的了。所以，在分揀過(guò)程實(shí)現(xiàn)的過(guò)程當(dāng)中，要重視對(duì)單一工件類型的分析[4]。

3.4 ?依據(jù)不同的類型進(jìn)行抓取工作

在進(jìn)行實(shí)際的抓取工作之前，相關(guān)的工作人員要進(jìn)行不同程度的試驗(yàn)抓取工作，在這一工作過(guò)程中，需要針對(duì)不同的單一工件進(jìn)行抓取工作，將其主要的特征進(jìn)行了解和掌握，其中數(shù)據(jù)值包括中心以及長(zhǎng)短軸等等。并且，在后續(xù)的工作過(guò)程當(dāng)中，需要經(jīng)過(guò)CAN總線將特征信息發(fā)送至RC控制單元，這樣就能夠控制工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行后續(xù)的分揀抓取工作，這一項(xiàng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程還是比較重要的。

4  攝像機(jī)標(biāo)定

4.1 ?攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定的目的

在智能工業(yè)機(jī)器人當(dāng)中，攝像機(jī)的標(biāo)定工作是具有非常重要的作用的，其最為主要的作用其實(shí)就是能夠促進(jìn)空間坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)變，在進(jìn)行轉(zhuǎn)變過(guò)程之后就成為了比較簡(jiǎn)單的圖像坐標(biāo)系了。

在這一過(guò)程當(dāng)中，相關(guān)的工作人員需要在不同的方向放置不同標(biāo)定板，標(biāo)定點(diǎn)的選取也要在標(biāo)定板上選取，然后在后續(xù)的工作過(guò)程當(dāng)中，需要對(duì)其像素進(jìn)行非常重要的采取工作，當(dāng)然，與之相對(duì)應(yīng)的世界坐標(biāo)的獲取工作同樣是十分重要的，這樣就能夠得到相關(guān)的空間坐標(biāo)系了。在后續(xù)的工作過(guò)程當(dāng)中，工作人員要充分地利用應(yīng)用變換的關(guān)系，這樣就能夠得到圖像坐標(biāo)系了，二者之間的關(guān)系也能夠進(jìn)行確定。

4.2 ?標(biāo)定人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)的功能

4.2.1 ?針對(duì)輸入圖像方面

在針對(duì)輸入圖像方面，要進(jìn)行一定的判斷過(guò)程，其主要的目的就是判斷其是否滿足期盼模式。在標(biāo)定的準(zhǔn)確性方面，攝像機(jī)所拍攝出來(lái)的模板圖像具有非常重要的作用，甚至?xí)鸬揭欢ǖ臎Q定作用，例如，如果提供的模板圖像不是非常準(zhǔn)確的話，標(biāo)定工作是絕對(duì)不會(huì)成功的，也就是說(shuō)，其代表性的功能也無(wú)從實(shí)現(xiàn)，所以說(shuō)，在標(biāo)定工作當(dāng)中，要確保提供的模板圖像是準(zhǔn)確無(wú)誤的。

4.2.2 ?攝像機(jī)內(nèi)/外部參數(shù)

在此之中，內(nèi)/外部參數(shù)其實(shí)就是攝像機(jī)的固有參數(shù)，各種數(shù)值提取工作都是比較容易的，而攝像機(jī)的內(nèi)/外部參數(shù)，其實(shí)就是工作環(huán)境的相關(guān)參數(shù)，因此，內(nèi)/外部參數(shù)的數(shù)值提取工作是比較難以進(jìn)行的。

4.2.3 ?系統(tǒng)誤差

所謂系統(tǒng)上的誤差，其實(shí)就是指，在觀察系統(tǒng)誤差的過(guò)程當(dāng)中，能夠顯示出標(biāo)定的系統(tǒng)誤差。

4.3 ?系統(tǒng)的工作流程

（1）相關(guān)的工作人員將需要的參數(shù)值輸入到其中，這里涉及的數(shù)據(jù)值是非常多的，相關(guān)工作人員要細(xì)心工作，這樣才不會(huì)忽略掉其中的諸多數(shù)據(jù)內(nèi)容，這些數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包含行和列的角點(diǎn)位置數(shù)據(jù)，以及每一個(gè)方塊的長(zhǎng)度和及寬度數(shù)值。

（2）將已經(jīng)拍攝好的不同方向的標(biāo)定板進(jìn)行確定，并將其輸入到視覺(jué)圖像處理軟件當(dāng)中以便工業(yè)機(jī)器人能夠完成后續(xù)的工作過(guò)程。

機(jī)器人的分揀系統(tǒng)的自動(dòng)性是非常強(qiáng)的，如果相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)不是非常符合的時(shí)候，需要在第一時(shí)間通知用戶，以免造成比較重要的經(jīng)濟(jì)損失，在某種程度上來(lái)說(shuō)，這也是保護(hù)機(jī)器人的一種方式。

5 ?結(jié) ?論

綜上所述，就是目前為止的基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人分揀技術(shù)的相關(guān)研究和分析，從本文敘述的內(nèi)容當(dāng)中不難得知，我國(guó)基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人分揀技術(shù)已經(jīng)逐漸趨于成熟，但是在一些細(xì)節(jié)之處仍舊需要完善。為此，就需要相關(guān)的工作人員具備比較高的工作素養(yǎng)，在后續(xù)的工作過(guò)程當(dāng)中，能夠?qū)@項(xiàng)技術(shù)不斷進(jìn)行優(yōu)化和完善，使其能夠符合時(shí)代的發(fā)展節(jié)奏，且能夠發(fā)揮出其真正的作用，以促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：劉涵茜（1982.03-），女，漢族，江蘇蘇州人，講師，碩士研究生，研究方向：機(jī)電一體化、工業(yè)機(jī)器人。