基于機(jī)器視覺的工業(yè)機(jī)器人分揀技術(shù)探索

宋立冬

摘 要：近年，我國(guó)制造業(yè)在智能制造方面飛速發(fā)展，為機(jī)器人技術(shù)和視覺技術(shù)發(fā)展提供良好的技術(shù)支持，尤其是視覺技術(shù)，備受各行業(yè)領(lǐng)域關(guān)注，廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)行業(yè)中，不但提高了生產(chǎn)效率且實(shí)現(xiàn)了機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)，例如醫(yī)藥生產(chǎn)以及食品包裝等。對(duì)此，本文結(jié)合相關(guān)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)機(jī)器視覺技術(shù)、基于機(jī)器視覺的工業(yè)機(jī)器人分揀系統(tǒng)及技術(shù)等詳細(xì)探究，為基于機(jī)器視覺的工業(yè)機(jī)器人分揀技術(shù)應(yīng)用與普及提供有力支持。

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

前言：

當(dāng)前，世界各國(guó)人力成本暴增，許多公司存在復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境工人老齡化，招工難、生產(chǎn)效率瓶頸，導(dǎo)致產(chǎn)品供不應(yīng)求等痛點(diǎn)，極大的阻礙了公司的進(jìn)步，以及社會(huì)的發(fā)展進(jìn)程，而隨著科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新和迭代更新，不斷進(jìn)步，讓我們不論是在生活中還是生產(chǎn)活動(dòng)中有了更多的選擇，能夠使用新技術(shù)、新設(shè)備去替代人工做目前人工不能做的事情，或人工正在做的機(jī)械化、工作環(huán)境危害比較大的工作。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和視覺技術(shù)，經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)幾十年時(shí)間的發(fā)展，不斷在工業(yè)、制造業(yè)領(lǐng)域等進(jìn)行技術(shù)落地，未來在仍然會(huì)有很大的需求，而基于機(jī)器視覺的機(jī)器人分揀技術(shù)勢(shì)在必行，不可替代，需不斷提升其技術(shù)水平和服務(wù)能力，使其達(dá)到滿足高的需求。在生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域各行業(yè)領(lǐng)域具有的作用

1 機(jī)器視覺的基本簡(jiǎn)述

機(jī)器視覺技術(shù)屬于人工智能技術(shù)的一種，在具體應(yīng)用中，使用機(jī)器視覺代替人眼進(jìn)行測(cè)量與判斷。對(duì)于機(jī)器視覺系統(tǒng)，包括圖像采集設(shè)備以及圖像處理設(shè)備，圖像采集設(shè)備指的是2D相機(jī)、3D相機(jī)、X射線、超聲等，拍攝目標(biāo)物并轉(zhuǎn)化成便于識(shí)別的圖像數(shù)據(jù)，上傳至圖像處理系統(tǒng)，圖像處理系統(tǒng)基于圖像數(shù)據(jù)的像素分布、亮度、顏色、深度等信息，進(jìn)行計(jì)算和處理，提取目標(biāo)特征和計(jì)算目標(biāo)的姿態(tài)、判斷目標(biāo)形態(tài)等計(jì)算或判斷，從而根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制?，F(xiàn)階段，該領(lǐng)域技術(shù)涵蓋AI技術(shù)、圖像處理、自動(dòng)化以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等。

2 基于機(jī)器視覺的工業(yè)機(jī)器人分揀系統(tǒng)分析

基于機(jī)器視覺的工業(yè)機(jī)器人分揀系統(tǒng)，是借助機(jī)器視覺系統(tǒng)對(duì)傳送系統(tǒng)上到位的目標(biāo)物進(jìn)行圖像采集和目標(biāo)物識(shí)別、定位，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備將識(shí)別和定位結(jié)果發(fā)送給機(jī)器人，機(jī)器人根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的參數(shù)以及定位數(shù)據(jù)對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行抓取并根據(jù)工件類別放到指定的位置，使其流到下一個(gè)工序，在無人工干預(yù)的情況下，循環(huán)執(zhí)行，直到當(dāng)前生產(chǎn)任務(wù)完成，系統(tǒng)之間的各個(gè)環(huán)節(jié)緊湊連接，有序運(yùn)行，促使目標(biāo)物分揀準(zhǔn)確率與效率得到充分提升。

在發(fā)達(dá)國(guó)家該技術(shù)已經(jīng)非常成熟，開始廣泛應(yīng)用于人們生產(chǎn)以及生活中，目前機(jī)器人分揀系統(tǒng)工作效率能夠達(dá)到300件/min以上，同時(shí)可以長(zhǎng)時(shí)間保持此種強(qiáng)度工作。而我國(guó)在此方面研究時(shí)間較短，在21世紀(jì)之前，我國(guó)基本上借助進(jìn)口工業(yè)機(jī)器人滿足相關(guān)生產(chǎn)需求。在2003年機(jī)器視覺方面才陸續(xù)開展相關(guān)研究工作，在2007年開始出現(xiàn)相關(guān)科技公司。

3 基于機(jī)器視覺的工業(yè)機(jī)器人分揀系統(tǒng)構(gòu)成

以KUKA通用機(jī)器人為模型建立機(jī)器視覺工業(yè)機(jī)器人分揀系統(tǒng)。從功能組成層面進(jìn)行分析，分煉系統(tǒng)主要由機(jī)器人系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、機(jī)械抓手組成。

機(jī)器人系統(tǒng)主要包括機(jī)器人本體、控制柜、示教器，本體是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制柜是機(jī)器人系統(tǒng)的核心，是機(jī)器人的計(jì)算中心和感應(yīng)中心，示教器是指令傳輸工具，通過示教器來給機(jī)器人布置工作任務(wù)，調(diào)參等。

視覺系統(tǒng)包括圖像采集設(shè)備和圖像處理設(shè)備，標(biāo)定工具，圖像處理軟件系統(tǒng)，圖像采集設(shè)備的種類有很多，目前常用的有2D相機(jī)、3D相機(jī)、智能相機(jī)、超聲傳感器、X射線采集設(shè)備、光源等;圖像處理設(shè)備包括嵌入式工控機(jī)、工作站、服務(wù)器等高性能計(jì)算設(shè)備;標(biāo)定工具則用來校正圖像采集設(shè)備的內(nèi)部參數(shù)或計(jì)算與機(jī)器人系統(tǒng)之間的關(guān)系;軟件系統(tǒng)則覆蓋各類圖像識(shí)別、計(jì)算任務(wù)和用戶界面等。

控制系統(tǒng)包括氣控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、主要由各類電氣元器件組成，通過控制系統(tǒng)對(duì)分煉系統(tǒng)所用的抓手進(jìn)行抓、放操作。

機(jī)械抓手通過連接接口安裝機(jī)器人末端，根據(jù)控制系統(tǒng)的指令，完成目標(biāo)物的抓放動(dòng)作，主要包括各種適應(yīng)分煉目標(biāo)物的氣動(dòng)、電動(dòng)或液壓驅(qū)動(dòng)抓手，抓放的過程中不能對(duì)目標(biāo)物有損害。

4 基于機(jī)器視覺的工業(yè)機(jī)器人分揀技術(shù)

4.1 相機(jī)校準(zhǔn)

系統(tǒng)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前，需要借助相機(jī)標(biāo)定工具對(duì)相機(jī)進(jìn)行畸變校正和手眼標(biāo)定，該工作是圖像采集系統(tǒng)圖像采集質(zhì)量和分煉系統(tǒng)視覺定位精度的基礎(chǔ)保障。從本質(zhì)上分析，相機(jī)畸變校正是為了消除由鏡頭本身結(jié)構(gòu)所帶來的采集圖像邊緣變形，而相機(jī)手眼標(biāo)定是通過采集設(shè)備將工業(yè)機(jī)器人與傳送帶物料、工件等聯(lián)系在一起，建立圖像坐標(biāo)系和空間坐標(biāo)系，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位物件，在標(biāo)定過程中，針對(duì)不同的視覺系統(tǒng)配置需使用專用的標(biāo)定工具。

4.2 識(shí)別技術(shù)

對(duì)于識(shí)別技術(shù)，主要指圖像識(shí)別技術(shù)。一般開展圖像識(shí)別工作時(shí)，需借助圖像采集設(shè)備獲取工件圖像數(shù)據(jù)，之后借助相關(guān)匹配工具在所有錄入工件信息中具有相似參數(shù)的工件。其主要原理是對(duì)實(shí)時(shí)采集的工件圖像和已經(jīng)錄入的標(biāo)準(zhǔn)圖像，采用圖像濾波、Blob分析、特征提取、邊緣提取、深度學(xué)習(xí)、模板匹配等技術(shù)識(shí)別圖像中的特征，或識(shí)別檢測(cè)目標(biāo)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分類，并根據(jù)識(shí)別結(jié)果數(shù)據(jù)從而區(qū)分不同的分煉目標(biāo)。

4.3 定位技術(shù)

工件定位技術(shù)能夠保證工業(yè)機(jī)器人準(zhǔn)確開展相關(guān)產(chǎn)品抓取工作，然而若是想要保證相關(guān)工件位置的準(zhǔn)確性，需要分析采集圖像信息對(duì)工件位置進(jìn)行計(jì)算，從而精確定位其位置信息。主要操作如下：第一，建立世界坐標(biāo)系和圖像坐標(biāo)系，利用標(biāo)定工具，進(jìn)而計(jì)算采集系統(tǒng)與世界坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換變換。第二，借助機(jī)器人系統(tǒng)或物料傳送系統(tǒng)，圖像采集設(shè)備去采集目標(biāo)物料圖像信息。第三，借助圖像處理系統(tǒng)，以及圖像定位算法計(jì)算工件坐標(biāo)系。

5結(jié)束語

對(duì)于整個(gè)分揀機(jī)器人系統(tǒng)而言，不僅需要具備良好軟件技術(shù)，同時(shí)需要具備硬件提供支撐保障?，F(xiàn)階段我國(guó)已有屬于自己的工業(yè)機(jī)器人，可以用于生產(chǎn)領(lǐng)域分煉工作，通過將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用到生產(chǎn)線中，能夠充分提升相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)效率。基于機(jī)器人視覺技術(shù)能夠充分防止出現(xiàn)工作失誤，進(jìn)而充分提高生產(chǎn)線靈活性。在實(shí)際應(yīng)用中需要對(duì)相機(jī)校準(zhǔn)、識(shí)別技術(shù)以及定位技術(shù)多加注意，以保證該技術(shù)應(yīng)用效果。

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