基于3D視覺(jué)技術(shù)的機(jī)器人系統(tǒng)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，具有類似于人類視力的機(jī)器人系統(tǒng)不再是科幻小說(shuō)中的夢(mèng)想。今后，3D視覺(jué)系統(tǒng)將成為機(jī)器人系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)附加設(shè)備，攜手機(jī)器人共同打造夢(mèng)幻般視覺(jué)。坐落在Mich州Rochester Hills地區(qū)的Fanuc Robotics公司的智能機(jī)器人和視覺(jué)系統(tǒng)部經(jīng)理Edward Roney先生解釋說(shuō)：“采用由當(dāng)今技術(shù)水平所提供的處理器，我們實(shí)上可以觀察多幅圖像，并對(duì)一個(gè)物體的幾何形狀進(jìn)行實(shí)時(shí)分析?！?Fanuc 公司開(kāi)發(fā)了稱之為iRVision的第一套工業(yè)用集成3D視覺(jué)系統(tǒng)，該技術(shù)已應(yīng)用于所有的Fanuc R-30iA型機(jī)器人系統(tǒng)上。全部工藝由主機(jī)器人上的CPU單元執(zhí)行，因而不會(huì)產(chǎn)生通信延時(shí)的現(xiàn)象，也需要再附加硬件。

　　Iowa州Ellison Technologies Automation公司是一家機(jī)器人系統(tǒng)成套供應(yīng)商，也是一家技術(shù)咨詢公司，按照其總裁John Burg先生的說(shuō)法，隨著生產(chǎn)需求的不斷提高、生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展以及機(jī)器人成本費(fèi)用的不斷增長(zhǎng)，在今后幾年中，3D視覺(jué)系統(tǒng)將成為機(jī)器人系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)附加設(shè)備。

　　John Burg先生說(shuō)：“現(xiàn)在的生產(chǎn)技術(shù)正在以足夠快的步伐向前發(fā)展，但價(jià)格也在不斷上漲，顧客對(duì)視覺(jué)系統(tǒng)的易用性和靈活性要求越來(lái)越高。”Burg先生認(rèn)為，F(xiàn)anuc機(jī)器人和3D視覺(jué)系統(tǒng)應(yīng)用成熟，已經(jīng)在物流、焊接工藝和機(jī)床的零件裝卸過(guò)程等一系列活動(dòng)中攜手合作，這一技術(shù)將有利于提高工作效率、降低人工勞務(wù)費(fèi)用并提高產(chǎn)品質(zhì)量。他解釋說(shuō)：“采用新技術(shù)和安裝新設(shè)備的其中一個(gè)目的就是要長(zhǎng)期地降低生產(chǎn)成本?！?/P>

　　因此，為什么3D視覺(jué)技術(shù)會(huì)越來(lái)越受到人們的青睞？因?yàn)殡S著其處理能力的提高，處理器和存儲(chǔ)器的費(fèi)用不斷降低，編程員可以做更多的工作，不僅是拍攝一幅圖像，還可以將其與相應(yīng)的參考模型進(jìn)行對(duì)比，而早期的大部分2D視覺(jué)圖像就是建立在這一技術(shù)基礎(chǔ)之上。

　　視覺(jué)系統(tǒng)的發(fā)展

　　機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)最早應(yīng)用于汽車生產(chǎn)線的成套車體生產(chǎn)機(jī)器人上。如果沒(méi)有視覺(jué)系統(tǒng)，需要采用特殊的工具在車體上加工孔徑，以便使機(jī)器人能夠知道車體的具體位置。然而在視覺(jué)攝像系統(tǒng)開(kāi)發(fā)以后，就再也不需要這類昂貴的加工工具了。機(jī)器人能夠自動(dòng)地確定車體的確切位置，然后通過(guò)數(shù)學(xué)方式計(jì)算出這四個(gè)孔徑的位置。

　　如圖2所示：用于12個(gè)組裝件的零件安放在一輛小車上，每一個(gè)組裝件的正確零件位于每一個(gè)插槽之中。FANUC M-16iB型機(jī)器人使用iRVision 3DL視覺(jué)系統(tǒng)讓小車正確就位。

　　Fanuc 公司的Roney先生進(jìn)一步解釋說(shuō)：“從很早的時(shí)候開(kāi)始，我們就認(rèn)識(shí)到采用視覺(jué)系統(tǒng)是降低工具成本的一種很好的方法。加工工具是非常昂貴的，而且是固定不變的。如果制造商需要在第二年改變車型，那么必須更新全部工具。”按照Roney先生的說(shuō)法，在采用視覺(jué)技術(shù)以后，汽車制造商可以在模具和夾具制造方面每年節(jié)約幾百萬(wàn)美元的資金。

　　視覺(jué)系統(tǒng)采用運(yùn)算技術(shù)來(lái)識(shí)別圖像，然后通過(guò)培訓(xùn)，教會(huì)機(jī)器人識(shí)別事物并尋找所需要的東西。圖像建立在大量的像素?cái)?shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，系列中的每一個(gè)像素都有一個(gè)灰度等級(jí)，然后通過(guò)運(yùn)算技術(shù)分析數(shù)據(jù)。

　　機(jī)器人可以判斷出圖像的拍攝位置，因此能夠識(shí)別物體所處的位置，然后判斷其相應(yīng)的尺寸、形狀和質(zhì)量；也可以根據(jù)圖像和運(yùn)算法則更改程序，例如，不同大小的零件可以采用不同的路徑，零件A將在零件B應(yīng)該落下的地方掉落。

　　坐落在Mich州Lansing鎮(zhèn)的Aptura Machine Visioning公司的總裁David Dechow先生解釋說(shuō)：“帶有視覺(jué)系統(tǒng)的機(jī)器人，最終將能夠在任何方向上操縱任何類型的零件?！辈捎秒S機(jī)附帶的攝像系統(tǒng)或遙控?cái)z像機(jī)，可以獲取一個(gè)物體的快速拍攝圖像并找到該物體與機(jī)器人的相對(duì)位置。Ind州Ft.Wayne市Guide Engineering公司的控制工程師Jeremy Pennington先生說(shuō)：“然后，該FANUC機(jī)器人可以利用這一位置數(shù)據(jù)來(lái)確定該物體所處的位置，無(wú)論將機(jī)器人移動(dòng)到什么位置都可以實(shí)現(xiàn)。”

3D視覺(jué)系統(tǒng)的應(yīng)用

　　3D視覺(jué)系統(tǒng)可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域，其中在容器中