基于機器視覺的工業(yè)機器人分揀技術(shù)研究

吳 勇

（廣東匯邦智能裝備有限公司，廣東 東莞 523808）

1 我國機器人分揀系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

機器人分揀系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)是機器視覺，它不僅能夠提升機器人分撿工作的效率，更能夠提升行業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，因此世界各國十分重視機器人技術(shù)的研發(fā)工作，同時也取得了一些不錯的成果。目前我國分揀機器人技術(shù)的研究正在如火如荼地進行，也取得了一些科研成果，但是分揀機器人領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)仍處于發(fā)展階段。在近期的機器人分揀系統(tǒng)研究中，國內(nèi)的一些研究人員提出了集中可行的算法，例如貝葉斯估計跟蹤算法、目標識別法等等，在一定程度上對機器人分揀技術(shù)過程中的搬運和分揀工作起到輔助性的作用，進而使機器人分揀工作能夠順利地進行。

2 基于機器視覺的工業(yè)機器人分揀系統(tǒng)概述

工業(yè)機器人主要的工作內(nèi)容包括搬運和分揀，而搬運和分揀需要依靠視覺來進行分辨，即機器視覺。不同的工業(yè)機器人擁有各自不同的分揀系統(tǒng)，本文采用的模型是RH6通用工業(yè)機器人，它通過機器人的協(xié)助作業(yè)進而構(gòu)建出了相對完善的分揀系統(tǒng)。我們將對其系統(tǒng)的組成和其負責(zé)的工作內(nèi)容進行具體的闡述，[1]工業(yè)機器人系統(tǒng)主要有五個工作單元組成，分別為工作平臺單元、攝像機單元、視覺分揀單元、機器人控制單元和機器人夾具單元進行具體的介紹。

2.1 工作平臺單元及其工作內(nèi)容

在工作平臺單元中主要包含兩部分的工作內(nèi)容，一部分是工件放置平臺，這部分放置平臺的顏色大多數(shù)是黑色的，主要是為了更清楚地區(qū)分一些金屬工件。另一部分是工件分揀放置槽位，當(dāng)工作人員完成工件的分揀操作之后就可以將其按照不同的分類放置在工件放置槽中，這兩部分的工作是在不同的區(qū)域內(nèi)進行的，這樣一來就避免了交叉工作和相互影響。

2.2 攝像機單元及其工作內(nèi)容

攝像機單元主要包括三部分：一是攝像機，它的主要作用是獲取實驗臺上工件的圖像；二是攝像機支架，它的主要作用是支撐攝像機，并保證其穩(wěn)定工作；三是光源，它的作用是保證攝像機的拍攝環(huán)境和圖片的清晰度。在整個攝像機平臺中，攝像機會因為實際工作中一些機器的震動而變得不穩(wěn)定，因此就要對攝像機支架進行固定，這樣一來攝像機平臺的結(jié)構(gòu)就會變得相對穩(wěn)定，同時攝像機支架還具有高低調(diào)節(jié)的功能，更有利于攝像機的順利使用。光源能夠使攝像機圖片的抓取和利用更加地穩(wěn)定，進而提高工作效率。

2.3 視覺分揀單元及其工作內(nèi)容

視覺分揀單元的組成包括PC 機和視覺軟件兩部分，它的作用是完成拍攝圖像的排序。想要充分地利用好視覺分揀單元，就需要提前了解好目標的種類，將工件質(zhì)心的位置和擺放的方向做好前期的預(yù)設(shè)，這樣就能夠保證工業(yè)機器人的工作順利地進行下去。

2.4 機器人控制單元及其工作內(nèi)容

機器人控制單元包括三個重要的組成部分：示教盒、控制柜和機器人控制器。在工作的過程當(dāng)中，示教盒能夠針對機器人的初步設(shè)置進行各項參數(shù)的設(shè)定，同時還能夠在控制中發(fā)揮一定的作用。控制柜與計算機的聯(lián)系非常的密切，它能夠接受工業(yè)機器人在運行過程中的一部分計算機數(shù)據(jù)。[2]機器人控制器的作用是有效地控制機器人，它是工業(yè)機器人的核心部分，通過機器人控制器使機器人按照指令做出指定的動作，進而完成工業(yè)機器人的工作。

2.5 機械手抓單元及其工作內(nèi)容

機械手抓單元的構(gòu)成和作用非常的明顯，它的構(gòu)成包括機械臂和手抓部分，在機器人的實際運行中，機械臂和手抓部分是緊密配合的，首先手抓臂按照指令進行相應(yīng)的移動和伸縮動作，待目標物確定后手抓部分進行分揀抓取的動作，通過二者的配合共同高效地完成工作。

3 基于機器視覺的工業(yè)機器人分揀技術(shù)的過程及相關(guān)要求

3.1 工業(yè)機器人分揀技術(shù)的過程概述

基于機器視覺的工業(yè)機器人分揀的過程主要是實現(xiàn)對攝像機平臺的利用，將攝像機平臺提取到的圖像進行圖像的序列排放來實現(xiàn)分揀的過程。首先是圖像的預(yù)處理階段，圖像預(yù)處理過程雖然沒有可能會干擾圖像的形成，但是它卻有利于分析整個分揀過程，因此圖像預(yù)處理還是具有非常重要的作用的。緊接著是完成目標提取，在這個過程中可能會重點應(yīng)用到邊緣檢測法、區(qū)域提取法以及閥值分割法等，這樣攝像機得到的圖像會形成諸多的參數(shù)值，更加有利于后續(xù)工作的進行。在工業(yè)機器人的分揀過程中，我們還需要做好單一目標的分析工作，因為基于機器視覺的工業(yè)機器人分揀系統(tǒng)主要是針對幾何形狀的工件，這樣工件如果以角點的檢測為其重要依據(jù)的話是不夠全面的，因為球體是無法測出幾何數(shù)據(jù)的，需要對 Hough 圓檢測進行充分地利用，這樣一來工業(yè)機器人分揀系統(tǒng)的分揀抓取工作就會具有比較全面的系統(tǒng)，也會擁有較高的效率，最終實現(xiàn)對單一工件類型分析的全面性和準確性。在實際地抓取工作之前，工作人員都會進行不同程度的實驗抓取工作，針對其中的每一個工件的特征進行全面地了解和掌握，確定其參數(shù)值，例如中心點、長短軸等等，以達到更好控制工業(yè)機器人完成高效分揀抓取的目的。

3.2 工業(yè)機器人分揀技術(shù)的相關(guān)要求

關(guān)于工業(yè)機器人分揀技術(shù)的要求主要包括兩個方面：一是形狀，在實際的工作中，工業(yè)機器人的抓取工作主要是一些幾何形狀的工件，因此需要機器人分揀系統(tǒng)適應(yīng)所有的幾何形狀，只有系統(tǒng)更加的全面，才能更好地完成分揀抓取工作：另一個是工件，實際的工作過程中很有可能能會出現(xiàn)機械臂相互碰撞的情況，這樣不僅會影響工作的效率，還會造成工業(yè)機器人的損傷，想要避免這種情況的發(fā)生就要將工件進行分散的擺放，降低機械臂碰撞的頻率，提高工作效率和工業(yè)機器人的使用壽命。

4 基于機器視覺的工業(yè)機器人分揀技術(shù)中攝像機標定

4.1 攝像機進行標定的目的

攝像機標定的目的在于建立物體圖像坐標系，并以空間坐標系為根據(jù)進行聯(lián)系，使二者建立對應(yīng)關(guān)系。在攝像機進行標定后，機器人分揀系統(tǒng)就能夠準確地判斷物品的坐標位置，并進行抓取和分揀工作。攝像機進行標定的過程如下：首先將在不同的方向上放置標定板，并在標定板上選取標定點；緊接著利用攝像機對其進行數(shù)據(jù)的提取，并對其相應(yīng)的空間坐標系進行獲取，進而得到準確的空間坐標系；后續(xù)的工作需要工作人員對圖像進行變換，進一步得到圖像坐標系，并確定二者的關(guān)系。

4.2 攝像機標定系統(tǒng)的工作流程

攝像機標定的過程要認真、仔細地進行，第一步先進行相關(guān)參數(shù)值的輸入工作，因為涉及到的數(shù)據(jù)值非常多，因此需要工作人員細心地進行這項工作，并在完成數(shù)值的輸入后進行檢查，以確保諸多的數(shù)據(jù)和內(nèi)容沒有忽略的部分。這些參數(shù)值數(shù)據(jù)主要包括了行和列的焦點位置數(shù)據(jù)，還包括了方塊的長度和寬度的不同數(shù)值，因此必須謹慎對待。然后工作人員需要將拍攝好的不同方位的標定板進行進一步的確認，并在確認后將其數(shù)值輸入到視覺圖像處理軟件中，為工業(yè)機器人能夠順利地完成后續(xù)的工作過程。

由于機器人分揀系統(tǒng)的自動性是非常強的，因此對相關(guān)的標準要求非常的嚴格，當(dāng)相關(guān)標準不符合時，一定要及時地通知客戶，避免造成嚴重的經(jīng)濟損失。從另一種角度來看，工業(yè)機器人分揀系統(tǒng)對標準的嚴格要求同時也是為了保護工業(yè)機器人不受到損害。

4.3 標定人機交互界面實現(xiàn)的功能

攝像機標定后人機交互界面實現(xiàn)的功能主要表現(xiàn)在兩個方面：一個是輸入圖像方面，在這個過程中，要先進行判斷，判斷圖像是否滿足預(yù)期的模式，因為攝像機拍攝的模板圖像對后期的工作能夠起到?jīng)Q定性的作用。假如模板圖像不準確，標定工作就是不成功的，因此說標定工作是來確保攝像機提供的模板圖像的準確性的。[3]另一個指的是攝像機的一系列參數(shù)，攝像機的參數(shù)分為兩種，其中攝像機內(nèi)部參數(shù)是固有的，因此其提取工作非常的簡單，而攝像機的外部參數(shù)是不固定的，跟工作的環(huán)境息息相關(guān)，因此需要進行數(shù)值的提取，這個過程比較復(fù)雜。

任何工作的進行過程都伴隨著誤差的產(chǎn)生，工業(yè)機器人系統(tǒng)也不例外，因此在攝像機標定的過程中，工作人員要仔細地觀察系統(tǒng)的誤差，進而改善標定系統(tǒng)的錯誤。

5 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，機器人分揀技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用到了各行各業(yè)的生產(chǎn)活動中，例如：食品加工行業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)、汽車零部件制造行業(yè)等等，在這些不同的行業(yè)中，機器人技術(shù)都發(fā)揮了重要的作用，不僅提高了工作效率，還給行業(yè)帶來了明顯的經(jīng)濟效益。但是機器人在實際的工作過程中依然存在定位不準確或無法識別等問題。因此為了促進我國在基于視覺基礎(chǔ)的工業(yè)機器人分揀技術(shù)的提升，我們應(yīng)該不斷地提高相關(guān)研究和工作人員的專業(yè)素質(zhì)，才能夠更好地在后續(xù)的研究和工作中不斷地對這項技術(shù)進行優(yōu)化和完善，使機器人分揀技術(shù)更好地服務(wù)于我國的工業(yè)生產(chǎn)，進一步促進我國社會經(jīng)濟發(fā)展。