隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步烦味，具有類似于人類視力的機(jī)器人系統(tǒng)不再是科幻小說中的夢想。今后，3D視覺系統(tǒng)將成為機(jī)器人系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)附加設(shè)備卓俱，攜手機(jī)器人共同打造夢幻般視覺。坐落在Mich州RochesterHills地區(qū)的FanucRobotics公司的智能機(jī)器人和視覺系統(tǒng)部經(jīng)理EdwardRoney先生解釋說：“采用由當(dāng)今技術(shù)水平所提供的處理器紊荞，我們實(shí)上可以觀察多幅圖像庶艾，并對一個(gè)物體的幾何形狀進(jìn)行實(shí)時(shí)分析∏婵保”Fanuc公司開發(fā)了稱之為iRVision的第一套工業(yè)用集成3D視覺系統(tǒng)咱揍，該技術(shù)已應(yīng)用于所有的FanucR-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)行货抄，因而不會產(chǎn)生通信延時(shí)的現(xiàn)象述召，也需要再附加硬件。

Iowa州EllisonTechnologiesAutomation公司是一家機(jī)器人系統(tǒng)成套供應(yīng)商蟹地，也是一家技術(shù)咨詢公司积暖，按照其總裁JohnBurg先生的說法，隨著生產(chǎn)需求的不斷提高怪与、生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展以及機(jī)器人成本費(fèi)用的不斷增長夺刑，在今后幾年中，3D視覺系統(tǒng)將成為機(jī)器人系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)附加設(shè)備分别。

JohnBurg先生說：“現(xiàn)在的生產(chǎn)技術(shù)正在以足夠快的步伐向前發(fā)展遍愿，但價(jià)格也在不斷上漲，顧客對視覺系統(tǒng)的易用性和靈活性要求越來越高耘斩√视埃”Burg先生認(rèn)為游隅，F(xiàn)anuc機(jī)器人和3D視覺系統(tǒng)應(yīng)用成熟，已經(jīng)在物流脾韧、焊接工藝和機(jī)床的零件裝卸過程等一系列活動中攜手合作腊的，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)量聂突。他解釋說：“采用新技術(shù)和安裝新設(shè)備的其中一個(gè)目的就是要長期地降低生產(chǎn)成本敷裁。”

因此言刨，為什么3D視覺技術(shù)會越來越受到人們的青睞泌景？因?yàn)殡S著其處理能力的提高，處理器和存儲器的費(fèi)用不斷降低焦伸，編程員可以做更多的工作坑匆，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)行對比预锅，而早期的大部分2D視覺圖像就是建立在這一技術(shù)基礎(chǔ)之上饵来。

視覺系統(tǒng)的發(fā)展

機(jī)器人視覺系統(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。如果沒有視覺系統(tǒng)民傻，需要采用特殊的工具在車體上加工孔徑胰默，以便使機(jī)器人能夠知道車體的具體位置。然而在視覺攝像系統(tǒng)開發(fā)以后漓踢，就再也不需要這類昂貴的加工工具了牵署。機(jī)器人能夠自動地確定車體的確切位置，然后通過數(shù)學(xué)方式計(jì)算出這四個(gè)孔徑的位置喧半。

用于12個(gè)組裝件的零件安放在一輛小車上奴迅，每一個(gè)組裝件的正確零件位于每一個(gè)插槽之中。FANUCM-16iB型機(jī)器人使用iRVision3DL視覺系統(tǒng)讓小車正確就位挺据。

Fanuc公司的Roney先生進(jìn)一步解釋說：“從很早的時(shí)候開始取具，我們就認(rèn)識到采用視覺系統(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扁耐，而且是固定不變的暇检。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婉称】槠停”按照Roney先生的說法，在采用視覺技術(shù)以后甩幔，汽車制造商可以在模具和夾具制造方面每年節(jié)約幾百萬美元的資金饶机。

視覺系統(tǒng)采用運(yùn)算技術(shù)來識別圖像，然后通過培訓(xùn)，教會機(jī)器人識別事物并尋找所需要的東西芽贫。圖像建立在大量的像素?cái)?shù)據(jù)基礎(chǔ)之上藤瞪，系列中的每一個(gè)像素都有一個(gè)灰度等級，然后通過運(yùn)算技術(shù)分析數(shù)據(jù)珠焦。

機(jī)器人可以判斷出圖像的拍攝位置讽噪，因此能夠識別物體所處的位置跳清，然后判斷其相應(yīng)的尺寸股背、形狀和質(zhì)量；也可以根據(jù)圖像和運(yùn)算法則更改程序客止，例如痹橙，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)該落下的地方掉落巾甲。

坐落在Mich州Lansing鎮(zhèn)的ApturaMachineVisioning公司的總裁DavidDechow先生解釋說：“帶有視覺系統(tǒng)的機(jī)器人涕克，最終將能夠在任何方向上操縱任何類型的零件⌒螅”采用隨機(jī)附帶的攝像系統(tǒng)或遙控?cái)z像機(jī)衅码，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)器人的相對位置。Ind州Ft.Wayne市GuideEngineering公司的控制工程師JeremyPennington先生說：“然后脊岳，該FANUC機(jī)器人可以利用這一位置數(shù)據(jù)來確定該物體所處的位置逝段，無論將機(jī)器人移動到什么位置都可以實(shí)現(xiàn)「钔保”

3D視覺系統(tǒng)的應(yīng)用

3D視覺系統(tǒng)可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域奶躯，其中在容器中揀取零件、機(jī)床上的工件裝卸以及包裝和焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用已經(jīng)取得了理想的成效亿驾。

1.應(yīng)用于容器中的零件揀取

至今為止嘹黔，機(jī)器人視覺系統(tǒng)主要應(yīng)用于揀取容器中任意堆放的零件。達(dá)到這一目的需要滿足三個(gè)基本要素：視覺系統(tǒng)莫瞬、容器防碰撞以及防碰撞監(jiān)測系統(tǒng)儡蔓。需要視覺系統(tǒng)，這是毋庸置疑的事情疼邀，因?yàn)槭紫刃枰业搅慵烤乖谑裁吹胤轿菇Ｈ欢灰揽咳萜鞅谶M(jìn)行檢測具有一定的局限性褥辰，因?yàn)闄C(jī)器人的手爪還將進(jìn)一步深入到容器的底部构鸭，因此零件的揀取將會越來越困難。在容器中揀取零件所使用的造型方式完全能夠理解零件的揀取工具力邻、傳感器和機(jī)械手臂本身的局限性旬性。在這樣的工作條件下，一旦當(dāng)零件的位置被確定以后，機(jī)器人就開始進(jìn)行自動運(yùn)算抒崖，確定其是否真的能夠從容器中揀取這一零件庵窄。第三個(gè)要素就是防碰撞檢測。最終婉烈，機(jī)械手必然會觸及到容器壁炉展，因此它需要區(qū)分究竟是屬于軟接觸還是硬接觸，如果是硬接觸可能會損壞機(jī)器人系統(tǒng)巩蕊。

Fanuc公司的Roney先生說：“我們應(yīng)用機(jī)器人在容器中結(jié)構(gòu)性和任意性揀取零件方面已獲得了巨大成功聪磁。”所謂結(jié)構(gòu)性揀取零件是指容器中的每一個(gè)零件都是正面朝上的塑验，而任意性揀取零件是指零件在容器中是任意堆放的瞎暑。Roney先生認(rèn)為，后一種零件揀取方式更具有挑戰(zhàn)性与帆，但如果具備上述三大要素（視覺系統(tǒng)了赌、容器防碰撞和防碰撞檢測系統(tǒng)），那么一切皆可能實(shí)現(xiàn)玄糟。

2.應(yīng)用于機(jī)床上的工件裝卸

EllisonTechnologies公司的Burg先生說：“在許多應(yīng)用領(lǐng)域中勿她，在揀取零件以后，直接將其安裝到機(jī)床上進(jìn)行加工阵翎。在大部分情況下逢并，該機(jī)床的夾具系統(tǒng)不允許機(jī)器人的零件安裝位置出現(xiàn)任何差錯(cuò)≈”因此筒狠，零件的精確就位對零件的夾緊系統(tǒng)來說是非常關(guān)鍵的。

機(jī)器人能夠確定圖像拍攝的位置箱沦，因此能夠識別物體所處的位置辩恼，然后對該物體的大小、類型和質(zhì)量作出相應(yīng)的判斷谓形。

如果沒有上述這些功能荸速，那么機(jī)床將可能發(fā)生損失慘重的故障。因此柒谈，采用視覺技術(shù)有利于零件的正確定位穴阱。

3.應(yīng)用于包裝領(lǐng)域

視覺技術(shù)對包裝應(yīng)用領(lǐng)域也是十分關(guān)鍵的。例如食品往往需要通過輸送機(jī)或滑塊裝置輸送到食品揀取區(qū)域胖辨，因此不存在重復(fù)定位的問題爱蚣。但事實(shí)上，由于食品處在不同的位上讹毁，因此需要有一個(gè)重新調(diào)整方向和揀取的過程间炮，然后將其放入到包裝箱中焙厂。而視覺系統(tǒng)能夠幫助機(jī)器人找到相應(yīng)的食品，并根據(jù)要求完成包裝任務(wù)卫银。

4.應(yīng)用于焊接領(lǐng)域

在進(jìn)行焊接的時(shí)候扫钝，機(jī)器人可以利用視覺系統(tǒng)，以適應(yīng)兩個(gè)焊接元件之間的微妙變化掐边。即使在點(diǎn)焊應(yīng)用領(lǐng)域刁祸，也可利用視覺技術(shù)校正誤差。

系統(tǒng)在實(shí)際中的應(yīng)用

EllisonTechnologiesAutomation公司安裝了一套帶有3D視覺技術(shù)的機(jī)器人系統(tǒng)斋竞，用于處理板材倔约。該板材由最初的板條切而成，然后落入到一個(gè)桶里窃页，再輸送到一個(gè)裝有機(jī)器人的工作室內(nèi)跺株，利用焊接技術(shù)，在板材上敷焊一層硬質(zhì)材料脖卖，使其具有較長的使用壽命。

Burg先生解釋說：“焊接工藝可能會污染夾鉗巧颈。如果夾鉗碰到新的零件畦木，那么這個(gè)零件就會受到污染≡曳海”在采用視覺技術(shù)前十籍，不得不采用手工的方式進(jìn)行必要的調(diào)節(jié)。現(xiàn)在唇礁，每一個(gè)零件上的各個(gè)位置都可以進(jìn)行驗(yàn)證勾栗。“該技術(shù)允許機(jī)器人通過3D攝像系統(tǒng)來顯示整個(gè)零件的狀況盏筐，”Burg先生繼續(xù)說幌侧，“它允許在沒有人工干預(yù)的情況下操作運(yùn)行」嫜В”

在采用視覺技術(shù)之前的10年時(shí)間里整栏，該公司擁有4套Fanuc機(jī)器人系統(tǒng)，至少有一套機(jī)器人系統(tǒng)經(jīng)常需要人工進(jìn)行調(diào)節(jié)∠鹬埽現(xiàn)在碗昭，該公司只需要3套機(jī)器人系統(tǒng)，就能完成同樣的工作量膊向，而且很少需要進(jìn)行人工干預(yù)体笨。

3D視覺系統(tǒng)的未來

在生產(chǎn)成本進(jìn)一步降低和采用更強(qiáng)大系統(tǒng)的情況下，未來的機(jī)器人3D視覺系統(tǒng)將會發(fā)生什么樣的變化呢糙娃？

Fanuc公司的Roney先生回答說：“可能將會進(jìn)入到更令人感興趣的所謂視覺伺服系統(tǒng)烧啊。到目前為止但雨，我們所考慮應(yīng)用的視覺系統(tǒng)只通過某一個(gè)點(diǎn)來及時(shí)尋找一個(gè)物體〉拢”然而螺谅，零件往往處于運(yùn)動狀態(tài)，此時(shí)来累，采用單點(diǎn)準(zhǔn)時(shí)快速攝像可能效果不佳砚作；而采用視覺伺服系統(tǒng)可以繼續(xù)獲得有關(guān)物體位置的多種信息。這一系統(tǒng)允許機(jī)器人進(jìn)行導(dǎo)向工作嘹锁，時(shí)刻了解該物體所處的位置葫录。

Roney先生建議說：“這一系統(tǒng)遲早會在組裝生產(chǎn)線上得到應(yīng)用，因?yàn)樵诮M裝生產(chǎn)線上领猾，組裝件總是懸掛在一條不斷運(yùn)轉(zhuǎn)的傳動鏈上或是其他的材料輸送裝置上米同。”即使沒有得到進(jìn)一步的發(fā)展摔竿，但很顯然面粮，這種視覺伺服系統(tǒng)的處理能力必將不斷提高，而生產(chǎn)成本也必將逐步下降继低。在今后幾年內(nèi)熬苍，采用這種組合方式可以使3D視覺技術(shù)得到更廣泛的應(yīng)用。

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