基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人抓取系統(tǒng)的研究

鄭振峰 邱燕 屈寶鵬 劉沛靜 王古森

摘要：工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)加快了工業(yè)生產(chǎn)的效率，大大提高了工廠的生產(chǎn)力，工人只需操控工業(yè)機(jī)器人就可以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。因此本文將對(duì)于基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人抓取系統(tǒng)的研究做出一定的探討。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺(jué);工業(yè)機(jī)器人，抓取系統(tǒng)

隨著人工智能AI的產(chǎn)生和發(fā)展，相信不久的未來(lái)會(huì)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中，如今人工智能已經(jīng)滲透到工業(yè)領(lǐng)域中，大部分的工廠現(xiàn)在已經(jīng)逐漸用工業(yè)機(jī)器人代替人工勞動(dòng)力，越來(lái)越多的企業(yè)已經(jīng)懂得去運(yùn)用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)來(lái)完成工業(yè)機(jī)器人的抓取系統(tǒng)的實(shí)施，本文將循序漸進(jìn)的對(duì)這一系統(tǒng)展開(kāi)研究。

1機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的具體情況

機(jī)器視覺(jué)歸根結(jié)底就是一種利用光學(xué)制造出來(lái)的精密儀器，一旦有物體過(guò)來(lái)，例如工廠需要制造加工的產(chǎn)品通過(guò)流水線過(guò)來(lái)的時(shí)候，就會(huì)被機(jī)器視覺(jué)中的光源捕捉到，光源會(huì)將該產(chǎn)品的狀態(tài)根據(jù)光學(xué)的反射原理，經(jīng)過(guò)一系列的反射，將捕捉到的信息傳遞給內(nèi)部的光學(xué)傳感器，根據(jù)物理的知識(shí)可以分析出，此刻光學(xué)傳感器針對(duì)此現(xiàn)象做出反應(yīng)，于是觸發(fā)內(nèi)部開(kāi)關(guān)，使得攝像頭發(fā)揮作用。攝像頭及時(shí)對(duì)產(chǎn)品當(dāng)時(shí)的具體情況進(jìn)行拍攝，這和我們平時(shí)高速上測(cè)量是否會(huì)超速的光電門(mén)是一個(gè)原理，攝像頭會(huì)飛速的捕捉要加工產(chǎn)品的及時(shí)情況，是一個(gè)一瞬間的事，特別快，一眨眼就能完成這一系列的操作。然后會(huì)將這些照片一一的傳輸給系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行圖像的采集處理，這是一個(gè)把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像，再把圖像轉(zhuǎn)換成為可供計(jì)算機(jī)分析的電信號(hào)的過(guò)程。此時(shí)計(jì)算機(jī)接受到電信號(hào)之后會(huì)對(duì)于所得到的電信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算，計(jì)算機(jī)已經(jīng)被編好了對(duì)應(yīng)的計(jì)算程序，進(jìn)行一系列復(fù)雜的計(jì)算后，會(huì)將結(jié)果反饋給控制臺(tái)接收程序，進(jìn)行控制機(jī)器人來(lái)針對(duì)產(chǎn)品的具體情況實(shí)施具體且對(duì)應(yīng)的操作[1]。由此就達(dá)成了控制機(jī)器人精準(zhǔn)迅速的對(duì)產(chǎn)品的情況進(jìn)行反應(yīng)，工業(yè)機(jī)器人有了機(jī)器視覺(jué)就好比雄鷹有了明亮且開(kāi)闊的視野，就會(huì)讓工業(yè)機(jī)器人不會(huì)顯得那么笨重，由此可見(jiàn)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在目前工廠的實(shí)際運(yùn)作中是有多么的重要。

2工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用

機(jī)器人通過(guò)電纜和變壓器進(jìn)行供電，工廠通過(guò)對(duì)機(jī)器人控制器進(jìn)行焊接操作的復(fù)雜編程后，機(jī)器人控制器會(huì)把信息傳遞給機(jī)器人的控制柜，同時(shí)還有液壓或者動(dòng)力裝置為機(jī)器人補(bǔ)充能源和動(dòng)力，支持機(jī)器人完成一系列復(fù)雜的操作，控制柜做出應(yīng)答，會(huì)根據(jù)編程具體的情況來(lái)實(shí)行機(jī)器人手臂的扭轉(zhuǎn)或者機(jī)器人肩部的旋轉(zhuǎn)以及機(jī)器人肘部伸長(zhǎng)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手腕的俯仰或者轉(zhuǎn)動(dòng)甚至偏轉(zhuǎn)。機(jī)器人工作時(shí)間長(zhǎng)了進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生大量熱，長(zhǎng)時(shí)間工作的情況下對(duì)機(jī)器人的損害十分大，考慮到這一因素，就對(duì)焊接機(jī)器人安裝了水冷機(jī)，會(huì)進(jìn)行不定時(shí)的制冷，有效的防止了機(jī)器人的損耗。就這樣通過(guò)編程器帶動(dòng)控制器，控制器帶動(dòng)定時(shí)器傳遞給控制柜控制機(jī)器人使用焊鉗進(jìn)行焊接工作，編程之前會(huì)進(jìn)行細(xì)致入微的計(jì)算，保證每次焊接都是無(wú)縫銜接，沒(méi)有任何縫隙。工業(yè)機(jī)器人完成工業(yè)活動(dòng)十分出色，工廠應(yīng)用起來(lái)得心應(yīng)手，所以工廠會(huì)在市面上引進(jìn)一大批工業(yè)機(jī)器人，十分有利于工廠的效益，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用有效地使工廠的活動(dòng)變得簡(jiǎn)單化，方便化。

3工業(yè)機(jī)器人抓取系統(tǒng)的介紹

脫離了機(jī)器視覺(jué)的抓取系統(tǒng)是非常容易出錯(cuò)的，假如給工業(yè)機(jī)器人賦予人一樣的生命，那么工業(yè)機(jī)器人的抓取系統(tǒng)就是它的感官，編程語(yǔ)言就是機(jī)器人的判斷力，是機(jī)器人的大腦，而擁有了感官判斷力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要機(jī)器視覺(jué)作為視力保駕護(hù)航。工業(yè)機(jī)器人抓取系統(tǒng)還會(huì)利用計(jì)算機(jī)來(lái)完成對(duì)所需要產(chǎn)品進(jìn)行分析和排查，方便人工的管理，這個(gè)抓取系統(tǒng)的管理分為兩種，一種是人為的移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行抓取物件，這樣顯得十分笨重，還有就是人們通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，來(lái)完成操縱機(jī)器人抓取物件的目的，最終檢驗(yàn)抓取的結(jié)果是不是我們想要的產(chǎn)品[2]。為了保證高精度、準(zhǔn)確的抓取，我們采用了空間直角坐標(biāo)系來(lái)確定傳送帶上產(chǎn)品的具體方位，做到鎖定好產(chǎn)品的方位，此時(shí)再依靠我們之前提到的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)對(duì)產(chǎn)品的瞬時(shí)速度進(jìn)行拍攝，分析產(chǎn)品的移動(dòng)方位，再配合計(jì)算機(jī)完成一系列復(fù)雜的運(yùn)算，計(jì)算機(jī)不但會(huì)算出產(chǎn)品的精確移動(dòng)方位，還會(huì)根據(jù)編好的程序來(lái)測(cè)算出機(jī)器人爪的移動(dòng)速度和方位，才會(huì)完成爪和產(chǎn)品同一時(shí)間到達(dá)同一位置，真正做到工業(yè)機(jī)器人的識(shí)別與抓取，工廠常常利用工業(yè)機(jī)器人的抓取系統(tǒng)來(lái)完成工業(yè)機(jī)器人的搬運(yùn)，裝箱等操作，大大提高了生產(chǎn)效率和解放了工人的勞動(dòng)力，可以減少工廠給工人的開(kāi)資，選拔出優(yōu)秀能干的工人留下，其余的可以嘗試降薪或者解聘，畢竟在工廠中生產(chǎn)力才是唯一標(biāo)準(zhǔn)。看似簡(jiǎn)單的系統(tǒng)背后卻隱藏著無(wú)比復(fù)雜的計(jì)算和機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，由此可見(jiàn)，工業(yè)機(jī)器人的抓取系統(tǒng)和機(jī)器視覺(jué)技術(shù)是密不可分的，只有以機(jī)器視覺(jué)技術(shù)為基礎(chǔ)的工業(yè)機(jī)器人抓取系統(tǒng)才會(huì)變得更加完善，使用起來(lái)更加靈活方便。

4基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人的研究前景

4.1機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的前景

我們知道機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的構(gòu)造，它可以幫助工業(yè)機(jī)器人很好的識(shí)別目標(biāo)，是工業(yè)機(jī)器人的視野，而工廠中光是依靠工人來(lái)完成這項(xiàng)工作雖然也可以辦到，但是做出的產(chǎn)品質(zhì)量低下，對(duì)于產(chǎn)品精度的把握根本不夠，生產(chǎn)效率也十分低，于是利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)配合工業(yè)機(jī)器人會(huì)在多個(gè)領(lǐng)域中出現(xiàn)，例如蛋糕的烘焙，從不同的東西中區(qū)分出想要的東西，即分揀物件，還可以對(duì)于人臉識(shí)別，醫(yī)療器械的加工等等。隨著時(shí)代的發(fā)展，人們對(duì)于物品的精細(xì)需求也變得更加迫切，于是機(jī)器視覺(jué)的產(chǎn)品也在逐漸變得小巧精細(xì)，由此可以看出機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的前景十分良好，它是隨著時(shí)代的進(jìn)步而進(jìn)步，與時(shí)俱進(jìn)的產(chǎn)物，擁有著廣闊的發(fā)展空間，于是乎我們的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)一樣不斷的進(jìn)行著更新?lián)Q代，以此來(lái)配合工業(yè)機(jī)器人來(lái)完成人們所期待的產(chǎn)品，創(chuàng)造出滿足人們需要的產(chǎn)品，由此可見(jiàn)，機(jī)器視覺(jué)在我們生活中也是密不可分的關(guān)系，所以機(jī)器視覺(jué)的前景一片光明。

4.2基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人抓取系統(tǒng)的前景

根據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度來(lái)分析基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人的前景，我們得出如果工廠里沒(méi)有采用基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人的話，所付出的代價(jià)是十分慘重的，比如當(dāng)人們需要一定數(shù)量的產(chǎn)品時(shí)，你制造出來(lái)并達(dá)到顧客對(duì)產(chǎn)品的滿意程度，顧客會(huì)心情愉悅，影響顧客的購(gòu)買(mǎi)力，會(huì)增加顧客的購(gòu)買(mǎi)欲望，想要更多優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，可是光是靠工人的辛勤勞作根本就達(dá)不到顧客想要的指標(biāo)，依靠于人眼不可能在產(chǎn)品加工的過(guò)程中把產(chǎn)品設(shè)計(jì)的如此精細(xì)，而且工人們長(zhǎng)此以往的工作會(huì)產(chǎn)生疲憊感，也會(huì)影響所制作出來(lái)的產(chǎn)品的質(zhì)量，甚至?xí)a(chǎn)生產(chǎn)品制造時(shí)間的拖延，不但會(huì)生產(chǎn)效率差，而且還會(huì)使制造出來(lái)的產(chǎn)品的性能低，使工廠明明付出了大量的成本代價(jià)，換回的卻是低質(zhì)量的產(chǎn)品，顧客不會(huì)購(gòu)買(mǎi)，從而導(dǎo)致工廠利益的虧損，有些工廠的工作還含有大量風(fēng)險(xiǎn)，不適合工人去做，一旦工人出現(xiàn)了問(wèn)題，工廠還要給醫(yī)療費(fèi)和賠償金，這樣一來(lái)工廠就會(huì)面臨倒閉的危險(xiǎn)[3]。但是由于基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用到工廠里，就完美的解決了這個(gè)問(wèn)題，工業(yè)機(jī)器人不會(huì)累，只要給工業(yè)機(jī)器人的控制程序中編好工業(yè)機(jī)器人要解決問(wèn)題的程序，工業(yè)機(jī)器人不但會(huì)優(yōu)秀的完成，而且會(huì)依照程序所給的步驟來(lái)完成，這樣一來(lái)制造出的產(chǎn)品就會(huì)高質(zhì)量、高精度，能夠促進(jìn)顧客購(gòu)買(mǎi)力的提升，滿足顧客需求的同時(shí)還會(huì)提高他們的購(gòu)買(mǎi)欲望，何樂(lè)而不為呢，而且還不用擔(dān)心工業(yè)機(jī)器人對(duì)產(chǎn)品加工的時(shí)候出現(xiàn)操作失誤的情況，有了機(jī)器視覺(jué)這項(xiàng)技術(shù)，工業(yè)機(jī)器人就能很好的識(shí)別要加工的產(chǎn)品并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行一系列的反應(yīng)操作，達(dá)到讓工廠和顧客都滿意的程度，由此看來(lái)，基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人的抓取系統(tǒng)前景非常樂(lè)觀。

5結(jié)語(yǔ)

本文就基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人抓取系統(tǒng)的研究進(jìn)行了一系列的討論，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的基本構(gòu)造實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人抓取系統(tǒng)對(duì)于所要達(dá)到目標(biāo)信息的采集和識(shí)別，使得工業(yè)機(jī)器人可以出色的完成編程好的各項(xiàng)工業(yè)活動(dòng)，不論是機(jī)器視覺(jué)還是基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人抓取系統(tǒng)的應(yīng)用前景十分廣泛，起著關(guān)鍵且舉足輕重的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐博凡，趙華東，薛文凱，等.基于視覺(jué)引導(dǎo)的FANUC機(jī)器人抓取系統(tǒng)研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2018（07）：116-119.

[2]郝衛(wèi)東，苗國(guó)強(qiáng)，魏堯，等.激光測(cè)量機(jī)器人數(shù)據(jù)同步采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2018，（07）：122-125+130.

[3]張馳，廖華麗，周軍.基于單目視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人智能抓取系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電工程，2018（03）：283-287.