机器人视觉系统:什么是可行的?

没有机器人经验的人很容易误解机器人的视觉能力。机器人如何看待事物可能是机器人过程中最复杂的部分。机器人技术正在缩小灵活性和抓取能力方面的差距，但机器人所看到和解释的东西与人类所看到和解释的东西之间仍然存在很大的技术差距。随着机器人视觉的不断发展，这部分机器人技术目前在工业机器人应用中的地位如何?

评估机器人视觉系统

几年前，当与一位客户谈论机器人视觉时，他有些犹豫。由于当时的工业相机并不像今天这样先进，而且考虑到机器人逻辑有些不可靠，客户考虑的大多数“梦想应用”在技术上是不可能实现的。现在，随着相机技术的民主化(多亏了智能手机)和用户友好的“智能相机”的进步，视觉技术比以往任何时候都更容易引入机器人细胞。一些限制包括:

• 适应性:大多数机器人视觉应用依赖于具有预编程功能的定义良好的应用程序。它们可以检测到一种特定的模式，而且检测得非常好。然而，如果一些非常不寻常的东西经过摄像头，它可能会被应用程序遗漏。图1中完全自动化的公共图灵测试(CAPTCHA)就是一个很好的例子，其中简单的字母(通常很容易检测到)有轻微的变形，任何类型的视觉系统或字符分析系统都无法检测到它们。虽然这个例子目前是一个问题，但机器人视觉系统克服这个障碍只是时间问题。
• 检测趋势:除非视觉系统被编程为检测趋势或模式，否则它将无法检测到它们。虽然人类非常擅长解释和联想事物，但机器人视觉系统在联想方面存在问题。检测到的每个特征通常是单独处理的，因此它被列在报告中供人类分析。例如，如果您正在进行质量检查，将向工作人员显示错误列表，他/她可以对其进行分析，并确定在制造过程中的某个机器是否存在问题。然而，到目前为止，视觉系统无法确定铣床上有一个坏了的工具，然后停止生产线，例如。
• 可靠性:视觉系统的主要优点是一致性和可靠性。如果机器人的视觉系统在正确的地方，它总是会发现什么地方出错了。与人眼相比，机器人视觉系统不会疲劳，并且总是使用相同的参数。人类在一天中更容易出错，因为工作人员可能会越来越累，注意力也会越来越少。制造商引入机器人的原因之一是因为它们的一致性和准确性，所以只有将它们与具有相同属性的视觉系统相匹配才有意义。

机器人视觉摄像机定位

根据不同的应用，视觉系统将被放置在机器人单元的不同位置。随着各种不同类型的机器人、摄像机和应用程序的出现，关于摄像机可以放置在哪里以及如何使用它，有无数的解决方案。然而，设置相机的主要方法有:

• 臂端:由于不同的应用需要监控机器人抓取的东西，一些机器人制造商直接在机器人手腕上嵌入摄像头。这使得相机可以在空间中向各个方向移动，定位零件，并根据机器人的运动学来抓取零件。由于相机通常靠近抓手，它还可以监控部件是否被正确抓取，或者在操作过程中是否掉落。在机器人手臂末端安装摄像头意味着它在不断移动。如果需要抓取区域的照片，请将机器人停在正确的位置，确保相机稳定，然后拍摄快照。如果应用程序需要非常短的周期时间，则可能需要重新考虑此选项。
• 应用场景:另一种类型的视觉系统可以固定并持续地看着一个场景;例如，部件在输送机上以不同的位置和方向呈现。一旦零件经过相机前，就会拍摄并分析一个快照，以查看零件的位置及其相对于机器人的方向，如图2所示。然后，机器人可以去抓它。
• 电池监控:还有一种用于安全要求的机器人视觉。一个摄像头或一组摄像头可以直接安装在机器人上，或者看着机器人，看看是否有人进入了机器人的工作空间。由于大多数协作机器人没有外部安全防护，该方法可以根据机器人与工人的距离来调节机器人的速度。请注意，每个机器人单元集成都需要根据区域规则和条例进行风险评估。

2-D和3-D相机有什么区别?

视觉技术正在迅速发展。近年来，3d电影越来越受欢迎，因为他们在看电影时带来了现实的一面。工业应用也是如此;3d视觉技术在复杂性方面又向前迈进了一步，可以提供更多关于必须由机器人操纵的物体的信息。然而，仍然需要改进。

二维视觉系统有更好的跟踪记录和更简单的使用。现在有很多2d相机都有很好的功能。由于在智能手机和其他高科技应用中的广泛使用，高质量2d相机的价格正在大幅下降。

二维视觉系统在阴影方面存在问题。大多数2d视觉应用程序将使用闪光灯或灯光放置在与相机相同的方向，以限制阴影。其他应用将零件安装在有照明的桌子上，这样相机就可以清楚地看到零件的轮廓。流行的二维视觉应用包括:

• 检查
• 部分位置
• Q-code
• 条形码阅读。

三维视觉是下一个大事件，但它在技术上还没有准备好在行业内广泛使用。由于它的使用和编程更复杂，因此仍然需要对这项技术有很好的理解，才能将3d视觉引入机器人细胞。此外，市场上可用的视觉库和相机模型很少。这意味着相机的价格和可靠性距离2d相机的声誉还有很长的路要走。三维视觉系统一般用于场景观察、零件定位、零件建模和复杂视觉应用。

机器视觉系统集成

集成视觉系统取决于设备需要做什么。为了弄清楚在机器人单元中引入视觉系统需要考虑什么，这里有一些提示:

• 与操作员坐下来，记录实际的过程。如果在操作指南中没有写“吹风机”，但操作员每天都这样做，因为他/她收到零件时总是有灰尘，那么可以将鼓风机集成到自动化系统中。
• 如果零件的正常表面外观是可变的，请记住，机器人的适应能力不会像人类那么强。考虑重新排序一些过程步骤，使机器人的视觉过程更容易。
• 用数字定义边界在可接受和不可接受之间——最大缺陷长度，可接受的颜色等。当它不能被数值定义时，将需要更多的例子来训练系统。
• 将操作员包括在自动化过程中。当涉及到零件的规格，缺陷定义和其他影响零件外观的变量时，操作员是知识渊博的;利用他们的知识。
• 训练系统不同批次的零件，在不同的日子制造，有多个“正常”的表面外观。因此，视觉系统将进行调整，以考虑到一些变化。请记住，最好有一个精确的、灵活的、不太敏感的系统。

最后，这一切都归结为机器人的功能。您准备接受的应用程序的接受程度和灵活性是多少?从小事做起，从经验中积累。在车间周围走动，查看现有的应用程序，并选择最容易使用视觉系统实现自动化的应用程序。一旦设置了这个应用程序，您就可以从错误中吸取教训，然后转向更复杂的应用程序。始终确保与机器人单元的操作员一起工作，以确保过程的每个部分都已确定。最重要的是，记住在自动化过程之前控制它。

马修Belanger-Barrette是Robotiq的生产工程师。编辑:Emily Guenther, CFE Media副内容经理，控制工程，eguenther@cfemedia.com．

更多的建议

关键概念

• 限制视觉技术和机器人细胞
• 如何整合机器人视觉系统
• 的好处机器人视觉系统。

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