3D機(jī)器視覺機(jī)器人在自動(dòng)化工廠車間的許多過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，隨著制造商推進(jìn)自動(dòng)化，一些任務(wù)對(duì)機(jī)器人來(lái)說(shuō)比其他任務(wù)更加困難，隨機(jī)采倉(cāng)就是其中之一。

　　從非結(jié)構(gòu)化堆中選擇和挑選零件需要機(jī)器提供視覺和決策能力，以數(shù)字方式指導(dǎo)機(jī)器人–這是一個(gè)多年來(lái)困擾工程師的多功能挑戰(zhàn)。

　　三維機(jī)器視覺系統(tǒng)的引入克服了機(jī)器在不可預(yù)測(cè)的環(huán)境中能夠“看到、分析和做出決策”的技術(shù)障礙。專門為工廠工作設(shè)計(jì)，這些新機(jī)器滿足生產(chǎn)要求的高精度，速度和低維護(hù)，同時(shí)也是耐久到足以承受工廠的條件。

　　自動(dòng)化隨機(jī)拾取垃圾箱可以降低成本，提高生產(chǎn)力和能力，并通過(guò)承擔(dān)對(duì)人類構(gòu)成危險(xiǎn)的任務(wù)(例如，處理熱、銳或重產(chǎn)品)來(lái)減少工作場(chǎng)所的傷害。也許更重要的是，這項(xiàng)新技術(shù)展示了機(jī)器視覺適應(yīng)不斷變化的環(huán)境的能力，這種能力有可能為自動(dòng)化打開閘門。

　　為什么隨機(jī)BIN選擇一個(gè)挑戰(zhàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化？

　　對(duì)人類來(lái)說(shuō)，拾取垃圾桶是一項(xiàng)低技能、高度單調(diào)的工作。這項(xiàng)工作需要從垃圾箱中取出一部分，并將其交付到一個(gè)過(guò)程中的下一個(gè)步驟，通常是一條生產(chǎn)或裝配線。當(dāng)零件以可預(yù)測(cè)的方式放置在垃圾箱中時(shí)，拾取過(guò)程就更容易自動(dòng)化了。

　　迄今為止，機(jī)器人主要用于可預(yù)測(cè)的工作過(guò)程。但,帶著隨機(jī)拾取垃圾桶，將零件放置在垃圾桶中不可預(yù)測(cè)的。使情況更復(fù)雜的是，每次從垃圾箱中取出零件時(shí)，其馀部件的位置和方向都可能發(fā)生變化。因此，每一次挑選一個(gè)部件時(shí)，環(huán)境都會(huì)發(fā)生變化。

　　讓我們考慮一下隨機(jī)拾取垃圾桶是如何與人類一起工作的。當(dāng)一個(gè)人看著一個(gè)裝滿相同重疊部分的垃圾箱時(shí)，他/她看到了各個(gè)部分。選擇哪一部分的決策過(guò)程很簡(jiǎn)單，因?yàn)樽ノ账璧娜祟惥?xì)的運(yùn)動(dòng)技能比機(jī)器人要精細(xì)得多。即使是小孩子也完全有能力完成這個(gè)看似簡(jiǎn)單的任務(wù)，卸下一堆隨機(jī)堆疊的零件。

　　然而，要實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程的自動(dòng)化，需要教會(huì)一臺(tái)機(jī)器“查看”各個(gè)部件，包括捕捉它們的位置和方向，“分析”并“決定”下一步選擇哪個(gè)部件，以及機(jī)器人應(yīng)該如何接近拾取部件–所有這些都比聽起來(lái)復(fù)雜。

　　隨機(jī)采摘怎么樣？

　　隨機(jī)拾取垃圾箱要么是由人類完成的，要么是由二維拾取系統(tǒng)完成的。帶著人力援助。

　　二維視覺可以識(shí)別堆中單個(gè)零件的輪廓，但不能區(qū)分零件的深度。例如，2D無(wú)法確定一個(gè)部件是在另一個(gè)部件的頂部還是底部。這一限制使得人類需要從垃圾箱中取出零件，并將其放置在平面上。機(jī)器人可以從那里拾取和分配零件。

　　三維BIN采摘的新世界

　　現(xiàn)在，想象一下，一個(gè)機(jī)器人能夠從垃圾箱中的數(shù)百個(gè)零件中自上而下地挑選各個(gè)部件。這需要三維視覺，以便能夠看到零件的深度，以及軟件，以作出決定哪個(gè)部分是較好的選擇下一個(gè)。機(jī)器視覺告訴機(jī)器人如何定位，使其能夠選擇下一部分。

　　視覺和機(jī)器人的集成是三維拾取垃圾箱的一個(gè)更具挑戰(zhàn)性的方面。一旦選擇了一個(gè)零件作為下一個(gè)采摘點(diǎn)，并且知道了零件的位置和位置，機(jī)器人的手就需要定位在合適的“拾取位置”上，這樣才能在第一時(shí)間成功地拾取零件。向機(jī)器人傳輸數(shù)字指令需要將硬件和軟件集成到機(jī)器人上。

　　佳能的三維RV系列機(jī)器視覺硬件包括一個(gè)投影儀和一個(gè)照相機(jī).硬件創(chuàng)建二維和三維圖像，收集數(shù)據(jù)并發(fā)送給軟件。

　　任何系統(tǒng)的大腦都是它的軟件。軟件接收數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并根據(jù)給定的參數(shù)進(jìn)行識(shí)別，并決定下一步選擇哪個(gè)部分。

　　該軟件包括一個(gè)獨(dú)特的庫(kù)(或字典)為每個(gè)部分。該庫(kù)幫助軟件識(shí)別模式，識(shí)別零件在堆中的位置和方向，然后根據(jù)方便和準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)決定下一步選擇哪一部分。

　　該軟件還用于幫助機(jī)器人做出決定，比如當(dāng)垃圾箱耗盡時(shí)執(zhí)行什么任務(wù)，或者優(yōu)化將部件送到目的地的較安全路徑，而不干擾其他部件或垃圾箱壁。

　　佳能如何克服隨機(jī)BIN挑選挑戰(zhàn)

　　為了滿足工廠客戶的需求，三維機(jī)器視覺系統(tǒng)需要體積緊湊、無(wú)維護(hù)、防塵和防水。這些客戶需求被內(nèi)置到設(shè)計(jì)中。例如，為了滿足免維護(hù)機(jī)器的需要，佳能選擇了自然空氣冷卻，而不是內(nèi)置風(fēng)扇。這一決定是為了避免因機(jī)械風(fēng)扇故障而導(dǎo)致的生產(chǎn)停產(chǎn)而作出的。

　　三維機(jī)器視覺過(guò)程是如何工作的？下面的圖像顯示了以下步驟。

　　[1]各種圖案投射到隨機(jī)堆積的零件上。

　　[2]測(cè)量了隨機(jī)堆件與傳感器之間的距離。

　　[3]利用預(yù)先注冊(cè)的模式字典和三維CAD模型對(duì)零件的定位和定位進(jìn)行識(shí)別。

　　[4]該系統(tǒng)可以確定機(jī)器人的手在不與其他零件接觸的情況下能否抓住零件。

　　[5]數(shù)據(jù)被發(fā)送給機(jī)器人控制器。

　　為了幫助系統(tǒng)識(shí)別形狀并計(jì)算出它們的距離，佳能的系統(tǒng)使用主動(dòng)立體聲方法對(duì)零件進(jìn)行圖像處理。投影儀將光線照射到目標(biāo)物體上，用攝像機(jī)測(cè)量光的反射，并計(jì)算物體的位置。

　　對(duì)于佳能的光學(xué)設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，較大的挑戰(zhàn)是確保高精度。三維機(jī)器視覺系統(tǒng)所要求的光學(xué)性能與傳統(tǒng)鏡片的光學(xué)性能有很大的不同。傳統(tǒng)鏡片須盡量減少圖像失真，并具有分辨率和亮度。相反，為了保證高速度和高精度，三維機(jī)器視覺采用立體測(cè)距的方法，一種基于針孔相機(jī)原理的方法。

　　為了實(shí)現(xiàn)高速和高精度的平衡，佳能的軟件工程師開發(fā)了新的算法。三維機(jī)器視覺操作可分為三個(gè)基本步驟：模式投影、距離測(cè)量和零件識(shí)別。這些步驟使系統(tǒng)能夠識(shí)別每個(gè)部分的形狀，并從隨機(jī)堆疊的部件堆中挑選出來(lái)。對(duì)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)線，佳能的系統(tǒng)可以測(cè)量到零件的距離，并在大約1.8到2.5秒內(nèi)識(shí)別出來(lái)。有關(guān)軟件算法的更多信息可以在這里找到。

　　簡(jiǎn)單的客戶設(shè)置是佳能的另一個(gè)重要目標(biāo)。新系統(tǒng)只要求客戶為隨機(jī)堆疊的零件拍攝五張照片，并按下“創(chuàng)建字典”按鈕。即使缺乏任何專業(yè)知識(shí)的用戶也可以為他們的系統(tǒng)添加新的部件。

　　三維機(jī)器視覺系統(tǒng)的重要考慮

　　1.高識(shí)別率

　　高精度的零件識(shí)別使機(jī)器人能夠準(zhǔn)確地提取小零件、薄零件或復(fù)雜形狀。準(zhǔn)確的采集需要一個(gè)高精度的攝像機(jī)和一個(gè)好的投影儀，以及分析來(lái)自硬件的數(shù)據(jù)的軟件。

　　2.簡(jiǎn)單安裝和安裝

　　用傳統(tǒng)的3D機(jī)器視覺，設(shè)置是非常困難的。設(shè)置的一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的方面可以是填充部件庫(kù)。系統(tǒng)有一個(gè)簡(jiǎn)單得多的用戶界面，以便于使用。

　　校準(zhǔn)也更容易維護(hù)較新的軟件。在起初的設(shè)置之后，軟件監(jiān)控硬件隨時(shí)間的移動(dòng).如果硬件超出了建議的數(shù)量，軟件會(huì)向用戶發(fā)出手動(dòng)重新校準(zhǔn)的信號(hào)，以保持準(zhǔn)確的裝箱拾取。

　　3.O奈攝像系統(tǒng)

　　一些三維視覺系統(tǒng)需要一個(gè)額外的二維攝像機(jī)來(lái)識(shí)別零件的方向，一旦一個(gè)零件被機(jī)器人在三維識(shí)別后放置。一個(gè)相機(jī)系統(tǒng)不需要對(duì)多個(gè)攝像機(jī)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)和編程。

　　三維機(jī)器視覺系統(tǒng)能為你的工廠節(jié)省成本嗎？

　　機(jī)器人拾取垃圾箱可以提高成本效益，生產(chǎn)力和容量，并有潛力減少工作場(chǎng)所的傷害。配備機(jī)器視覺的機(jī)器人的成本約為6萬(wàn)至8萬(wàn)美元。

　　三維機(jī)器視覺的較多應(yīng)用是汽車工業(yè).如今，汽車零部件的垃圾箱采摘大部分都是由人類完成的。但這是一項(xiàng)非常平凡的工作，受人類效率的限制。在不久的將來(lái)，另一個(gè)應(yīng)用將是汽車裝配。汽車檢測(cè)程序也是自動(dòng)化的目標(biāo)。

　　這種提高機(jī)器視覺和決策能力的意義在于，機(jī)器人有可能完成更廣泛的工作–包括需要適應(yīng)不斷變化的環(huán)境的任務(wù)。

　　這項(xiàng)技術(shù)為工廠自動(dòng)化的飛躍奠定了基礎(chǔ)。