當(dāng)我們談?wù)撊找鏌衢T的工業(yè)4.0、智能制造這些話題時(shí)，機(jī)器人是一個(gè)無論如何也繞不開的問題。機(jī)器人的智能化程度影響著整個(gè)工業(yè)演化的進(jìn)程，傳統(tǒng)的機(jī)器人僅能在嚴(yán)格定義的結(jié)構(gòu)化環(huán)境中執(zhí)行預(yù)定指令動(dòng)作，缺乏對(duì)環(huán)境的感知與應(yīng)變能力，這極大地限制了機(jī)器人的應(yīng)用。利用機(jī)器人的視覺控制，不需要預(yù)先對(duì)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行示教或離線編程，可節(jié)約大量的編程時(shí)間，提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。這就是我們標(biāo)題中提到的，基于機(jī)器視覺的工業(yè)機(jī)器人定位技術(shù)。這一技術(shù)在國(guó)內(nèi)最早被應(yīng)用于焊接機(jī)器人對(duì)焊縫的跟蹤，而維視圖像的視覺采集設(shè)備及圖像處理軟件，成為行業(yè)內(nèi)視覺引導(dǎo)的先驅(qū)和首選。

典型的機(jī)器人視覺定位系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，在關(guān)節(jié)型機(jī)器人末端安裝單個(gè)攝像機(jī)，使工件能完全出現(xiàn)在攝像機(jī)的圖像中。系統(tǒng)包括攝像機(jī)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)：

(1)攝像機(jī)系統(tǒng)：由單個(gè)攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)(包括圖像采集卡)組成，負(fù)責(zé)視覺圖像的采集和機(jī)器視覺算法。就目前行業(yè)技術(shù)發(fā)展水平來說，數(shù)字相機(jī)是比較理想的選擇，其中維視圖像的MV-EM/E系列工業(yè)相機(jī)提供了接口豐富的開發(fā)包函數(shù)，分辨率、幀率等覆蓋面廣，通用性及穩(wěn)定性好，所以是我們推薦的首要選擇。

(2)控制系統(tǒng)：由計(jì)算機(jī)和控制箱組成，用來控制機(jī)器人末端的實(shí)際位置。經(jīng)CCD攝像機(jī)對(duì)工作區(qū)進(jìn)行拍攝，計(jì)算機(jī)通過圖像識(shí)別方法，提取跟蹤特征，進(jìn)行數(shù)據(jù)識(shí)別和計(jì)算，通過逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解得到機(jī)器人各關(guān)節(jié)位置誤差值，最后控制高精度的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)整機(jī)器人的位姿。

圖1機(jī)器人視覺定位系統(tǒng)組成

下面我們來詳細(xì)的解析一下視覺引導(dǎo)機(jī)器人的工作原理。首先，使用CCD攝像機(jī)(包括鏡頭等圖像采集設(shè)備)將視頻信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，并通過軟件對(duì)其快速處理。處理的過程是這樣的：選取被跟蹤物體的局部圖像，該步驟相當(dāng)于離線學(xué)習(xí)的過程，在圖像中建立坐標(biāo)系以及訓(xùn)練系統(tǒng)尋找跟蹤物。學(xué)習(xí)結(jié)束后，相機(jī)不停地采集圖像，提取跟蹤特征，進(jìn)行數(shù)據(jù)識(shí)別和計(jì)算，通過逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解得到機(jī)器人各關(guān)節(jié)位置給定值，最后控制高精度的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)整機(jī)器人的位姿。工作流程如下圖所示。

視覺定位系統(tǒng)軟件流程圖

這樣，視覺定位系統(tǒng)將基于區(qū)域的匹配和形狀特征識(shí)別結(jié)合，進(jìn)行數(shù)據(jù)識(shí)別和計(jì)算，能夠快速準(zhǔn)確地識(shí)別出物體特征的邊界與中心，機(jī)器人控制系統(tǒng)通過逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解得到機(jī)器人各關(guān)節(jié)位置的轉(zhuǎn)角誤差，最后控制高精度的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)整機(jī)器人的位姿以消除此誤差。從而解決了機(jī)器人末端實(shí)際位置與期望位置相距較遠(yuǎn)的問題，改善了傳統(tǒng)機(jī)器人的定位精度。