基于3D视觉技术的机器人系统
时间：2020-09-22 阅读：607
对于工业机器人来说，重复作业并非难事，而是面对一个无序的环境，这意味着它不能再依靠设定好的程序继续执行工作，而是需要对环境进行感知、分析，继而做出判断。随着3C行业的兴起，工业机器人面临的无序难题也就越来越多。更新周期短、款式种类多是3C行业的特点，在工业制造上对自动化需要加大。尤其是在国内，虽然工业机器人数量早已位居世界前列，不过智能化程度却还有很大差距。
机器人3D视觉系统融合了3D重建技术、3D图像识别技术和机器人控制规划技术，可以使传统的机器人系统更加智能化和柔性化。3D视觉系统可以应用于很多领域，其中在容器中拣取零件、机床上的工件装卸以及包装和焊接领域中的应用已经取得了理想的成效。该系统能够解决机器人对多品种、小批次生产工件的定位问题，可在分拣、上下料、拆垛、装配、打磨、焊接等场景中使用，可以广泛应用于汽车、物流、新能源、机械、化工等行业。
机器人3D视觉系统
1.应用于容器中的零件拣取
至今为止，机器人视觉系统主要应用于拣取容器中任意堆放的零件。达到这一目的需要满足三个基本要素：视觉系统、容器防碰撞以及防碰撞监测系统。需要视觉系统，这是毋庸置疑的事情，因为首先需要找到零件究竟在什么地方。然而，只依靠容器壁进行检测具有一定的局限性，因为机器人的手爪还将进一步深入到容器的底部，因此零件的拣取将会越来越困难。在容器中拣取零件所使用的造型方式*理解零件的拣取工具、传感器和机械手臂本身的局限性。在这样的工作条件下，一旦当零件的位置被确定以后，机器人就开始进行自动运算，确定其是否真的能够从容器中拣取这一零件。第三个要素就是防碰撞检测。终，机械手必然会触及到容器壁，因此它需要区分究竟是属于软接触还是硬接触，如果是硬接触可能会损坏机器人系统。
Fanuc公司的Roney先生说：“我们应用机器人在容器中结构性和任意性拣取零件方面已获得了巨大成功。” 所谓结构性拣取零件是指容器中的每一个零件都是正面朝上的，而任意性拣取零件是指零件在容器中是任意堆放的。Roney先生认为，后一种零件拣取方式更具有挑战性，但如果具备上述三大要素(视觉系统、容器防碰撞和防碰撞检测系统)，那么一切皆可能实现。
2.应用于机床上的工件装卸
Ellison Technologies公司的Burg先生说：“在许多应用领域中，在拣取零件以后，直接将其安装到机床上进行加工。在大部分情况下，该机床的夹具系统不允许机器人的零件安装位置出现任何差错。”因此，零件的精确就位对零件的夹紧系统来说是非常关键的。
机器人能够确定图像拍摄的位置，因此能够识别物体所处的位置，然后对该物体的大小、类型和质量作出相应的判断。
如果没有上述这些功能，那么机床将可能发生损失惨重的故障。因此，采用视觉技术有利于零件的正确定位。
3.应用于包装领域
视觉技术对包装应用领域也是十分关键的。例如食品往往需要通过输送机或滑块装置输送到食品拣取区域，因此不存在重复定位的问题。但事实上，由于食品处在不同的位上，因此需要有一个重新调整方向和拣取的过程，然后将其放入到包装箱中。而视觉系统能够帮助机器人找到相应的食品，并根据要求完成包装任务。
4.应用于焊接领域
在进行焊接的时候，机器人可以利用视觉系统，以适应两个焊接元件之间的微妙变化。即使在点焊应用领域，也可利用视觉技术校正误差。
系统在实际中的应用
Ellison Technologies Automation公司安装了一套带有3D视觉技术的机器人系统，用于处理板材。该板材由初的板条切而成，然后落入到一个桶里，再输送到一个装有机器人的工作室内，利用焊接技术，在板材上敷焊一层硬质材料，使其具有较长的使用寿命。
Burg先生解释说：“焊接工艺可能会污染夹钳。如果夹钳碰到新的零件，那么这个零件就会受到污染。”在采用视觉技术前，不得不采用手工的方式进行必要的调节。现在，每一个零件上的各个位置都可以进行验。“该技术允许机器人通过3D摄像系统来显示整个零件的状况，”Burg先生继续说，“它允许在没有人工干预的情况下操作运行。”
在采用视觉技术之前的10年时间里，该公司拥有4套Fanuc机器人系统，至少有一套机器人系统经常需要人工进行调节。现在，该公司只需要3套机器人系统，就能完成同样的工作量，而且很少需要进行人工干预。