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如何通過(guò)機器人與先進(jìn)機器視覺(jué)的結合來(lái)應對復雜的自動(dòng)化挑戰 作者：Teledyne Imaging 我們都看過(guò)機器人在幾乎沒(méi)有人工干預的情況下快速組裝汽車(chē)的視頻。像這樣的工業(yè)機器人降低了幾乎每個(gè)制造領(lǐng)域的成本并提高了生產(chǎn)率，但它們有一個(gè)主要缺點(diǎn)——它們無(wú)法“看見(jiàn)”。它們被編程為一遍又一遍地重復完全相同的動(dòng)作，它們無(wú)法檢測和操作形狀、大小和顏色不一或者相互接觸和疊放的物體。因此，如果產(chǎn)品發(fā)生變化或有新產(chǎn)品被加入生產(chǎn)線(xiàn)，則必須對機器人進(jìn)行重新編程。如果產(chǎn)品組件通過(guò)傳統的料斗和振動(dòng)臺輸送到生產(chǎn)線(xiàn)上，則必須對振動(dòng)送料機進(jìn)行改造。 應對混亂狀況 現在，由先進(jìn)機器視覺(jué)引導的新一代機器人正在使機器人能做的遠遠不止是批量生產(chǎn)中常見(jiàn)的重復性任務(wù)。在更小、更強大、更便宜的相機和其他視覺(jué)傳感器、越來(lái)越復雜的機器人算法和帶有機器視覺(jué)特定硬件加速器的處理器的推動(dòng)下，這些視覺(jué)引導機器人 (VGR) 系統正在迅速改變制造和履行過(guò)程。 VGR 使機器人適應能力更強，并且更容易在頻繁推出新產(chǎn)品且生產(chǎn)周期短的行業(yè)（包括醫療設備和藥品制造、食品包裝、農業(yè)應用、生命科學(xué)等）中實(shí)施。[1] 例如，一家在中國運營(yíng)一個(gè)大工廠(chǎng)的全球領(lǐng)先汽車(chē)制造商使用 Teledyne DALSA 的 GEVA 1000 視覺(jué)系統來(lái)確保兩條裝配線(xiàn)上的機器人牢牢地抓住零件，將它們放置在快速移動(dòng)的傳送帶上。過(guò)去，零件是人工手動(dòng)提放的。自動(dòng)化將生產(chǎn)力提高了大約六倍。像這樣的系統適用于雜亂不可避免或消除成本太高、或者生產(chǎn)線(xiàn)速度對工人來(lái)說(shuō)太快的環(huán)境。先進(jìn)的系統甚至可以解決可能最具挑戰性的 VGR 應用程序，即從工廠(chǎng)和配送中心（例如亞馬遜的大型自動(dòng)化執行中心網(wǎng)絡(luò )）的箱子中抓取大小、形狀和重量不同的、隨機分布的物體。 無(wú)序抓取 機器人從箱子中無(wú)序抓取零件是極具挑戰性的，因為 VGR 系統必須在混亂的環(huán)境中定位和抓取特定零件。當機器人從箱子中取出零件時(shí)，其他零件可能會(huì )不斷移動(dòng)位置和轉變方向。系統必須識別正確的物體，確定拿起它們的順序，并計算如何在不與其他物體或箱壁碰撞的情況下抓住、提起和放置它們。這需要高性能機器視覺(jué)硬件、復雜的軟件和足夠強大的計算能力來(lái)實(shí)時(shí)處理大量視覺(jué)數據。 無(wú)論是帶有集成視覺(jué)處理器的緊湊型智能相機（Teledyne DALSA 的 BOA Spot）還是復雜的激光和紅外傳感器以及高分辨率、高速相機，都可以作為機器視覺(jué)硬件。 3D 視覺(jué)怎么樣呢？ VGR 系統通常使用不止一種類(lèi)型的傳感器來(lái)構建 3D 圖像。例如，帶有 3D 區域傳感器的機器人可以定位并抓取箱中隨機放置的零件。然后 2D 攝像頭即時(shí)檢測每個(gè)零件的方向，以便機器人可以將它們正確地放置在傳送帶上。 一些 VGR 系統通過(guò)將3D 飛行時(shí)間 (ToF) 掃描和快照 3D 圖像捕獲相結合，與單獨使用掃描系統相比，它們獲得的分辨率可以處理更廣泛的對象，但不需要像傳統快照相機系統那樣移動(dòng)相機。ToF掃描測量激光發(fā)出的光在相機和物體表面之間傳播所需的時(shí)間以確定物體深度，具有在任何光照條件下工作的優(yōu)勢。 
結構光 3D 系統，例如微軟用于視頻游戲的 Kinect 傳感器，在物體上投射不可見(jiàn)的紅外光圖案，然后通過(guò)使用 2D 攝像頭檢測該光圖案的失真來(lái)生成 3D 深度圖像。此過(guò)程可用于揀選箱中多個(gè)物體的 3D 映射。 強大的硬件和算法 這些先進(jìn)的視覺(jué)系統能夠使用FPGA處理器和專(zhuān)用集成電路 (ASIC) 等硬件加速器處理大量數據。這使他們可在生產(chǎn)線(xiàn)上和訂單執行應用程序中處理數千個(gè) SKU。 高級 VGR 系統的一個(gè)關(guān)鍵組成部分是算法，它能防止機器人及其手臂末端抓取工具與箱側或其他物體碰撞。這種避免干擾的軟件必須非常強大，因為每次從箱中取出物品時(shí)，都需要規劃不同的路徑，而且零件通常是堆放在一起、難以分清的。 展望未來(lái) 越來(lái)越多的 VGR 軟件（包括與機器人和傳感器無(wú)關(guān)的開(kāi)源機器人操作系統 (ROS)）將使機器人集成商能夠更快、更輕松地提供 VGR 系統，并引入新的、更強大的、可用的傳感器。 與此同時(shí)，機器視覺(jué)和機器人供應商正在密切合作，使 VGR 更易于使用。例如，機器視覺(jué)供應商開(kāi)發(fā)了工具，使工程師可以更輕松地為機器人單元建模和優(yōu)化傳感器。他們還在開(kāi)發(fā)易于最終客戶(hù)使用的基于 Windows 的 VGR 系統。 由于這些創(chuàng )新，現在，消費電子產(chǎn)品（電路板級別以上的）和亞洲其他輕型組裝中近 50%的機器人使用VGR。隨著(zhù)隨機揀選技術(shù)迅速成為一種靈活、易于理解和可互換的商品，中小型公司如果希望減少人工干預、提高安全性和質(zhì)量以及生產(chǎn)力，便可以使用它。 |
