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机器视觉定位技术助力工业机器人智能化

引言

据工业和信息化部2018年9月27日消息,2018年1月至8月,中国工业机器人累计产量达到101,717台(套),同比增长19.4%。伴随于此,辅佐机器人进行更高精度、更强适应性自动化生产的机器视觉技术,在近几年也得到突飞猛进的发展。工业机器人与机器视觉技术不仅仅局限在工业生产场景中结合使用,随着经验的积累与技术瓶颈的突破,二者还将扮演更加重要的角色。

机器视觉与机器人的完美融合

对于传统意义上的工业自动化,工业机器人在控制系统的指挥下,重复特定的动作流程完成加工。换言之,产品加工精度的保障依赖于控制系统的稳定性与整个机械系统的精度。但是加工过程中随机误差的产生在所难免,诸如不可预测的震动、产品在工位间传送发生的偏移等,此外机械结构随着长期使用、精度下降带来的系统误差还会导致产品批量报废。而简单的传感器对于这些误差的规避又显得捉襟见肘。加上现今产品序列纷繁复杂,市场对于柔性生产的要求与日俱增,工业机器人想要在“失明”的情况下完成这一切就显得尤为困难。

而当工业机器人拥有了机器视觉赋予的“慧眼”,上述问题便迎刃而解。拥有“慧眼”的工业机器人在看到目标之后,经准确分析定位后引导动作,避免了产品传送中的偏差,增强了不同产品的生产适应性,同时大幅提升产品的加工精度。此外,机器视觉还能检测成品的精度,免除人工抽检带来的低效、误差与漏检。随着智能制造的深入,具备视觉感知能力的智能设备益发盛行,机器视觉作为前端感知的核心部件,市场需求旺盛。海康机器人起步于海康威视机器视觉业务部,依托海康威视在图像传感、人工智能、大数据分析等领域多年的技术积累,已发展成为面向全球的移动机器人、机器视觉产品和算法平台提供商,公司坚持自主研发,持续推动智能制造进程。

机器人定位引导分类

在机器视觉与机器人相结合的应用场景中,机器人引导定位应用最为普遍。关于此类场景,海康机器人与合作伙伴共同实施了大量成功案例与成熟方案。机器人定位引导可大致分为3种模式,并进而细分为6小类:

机器视觉定位技术助力工业机器人智能化

图1固定相机

图1所示的三种工作方式称为固定相机模式,即相机安装在设备机架上,不随机器人的运动而运动,自左至右又依次分为抓取工况、抓取偏移纠正工况和放置工况。其中抓取工况,相机对传送过来的来料进行拍摄和粗定位,将定位信息传输给机器人以便机器人根据定位信息抓取来料,如此可降低对工位间传送机构准确性的要求,确保抓取的稳定性;抓取偏移补正工况可通过设置在机械臂另一侧的下相机对工件进行二次精准定位,极大程度上消除来料偏差,确保能有针对性地对每个来料进行加工;放置工况内容涵盖广泛,可以是简单的放置,亦可以是贴合、安装等,即使用相机定位最终的目标位,结合前述两种工况,真正做到针对每个工件有的放矢。

机器视觉定位技术助力工业机器人智能化

图2运动相机

图2所示为两种运动相机模式,即相机安装于机械臂顶端随机械臂一同运动。虽不同于上述固定相机模式,但固定相机模式和运动相机模式在功能上殊途同归,都可实现定位抓取与引导放置。两者在保证功能的同时,能够提供更多的安装可能性以应对不同的环境与硬件条件限制。

机器视觉定位技术助力工业机器人智能化

图3其他类型

针对不同的设备安装场景,为提升硬件安装的适应性,固定相机模式与运动相机模式也可结合使用,如图3所示。

视觉系统设计

结合不同场景,应用各类型硬件的选型搭配,保障机器视觉技术与机器人有效配合的前提是系统整体的合理设计与安装布置。

海螺8是海康威视工厂生产的一款摄像头,其装配需完成前盖定位、泡棉上料、透镜定位安装、灯板定位安装锁附、前端组件定位安装锁附等一系列动作,整个过程应用了大量机器人与机器视觉联合定位引导。如图4左所示的灯板锁附工位负责灯板锁附过程中螺钉的来料定位与引导安装,由于设备安装空间的局限性,项目中选择了空间需求更小、工位更加节省、安装更灵活的活动相机方式。海康威视自主研发生产的600万像素面阵相机配合25mm焦距的500万镜头,连同环形LED光源安装在机械臂末端,随同机械臂一同运动。

机器视觉定位技术助力工业机器人智能化

图4海螺8视觉系统与成像效果

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