導讀： 當我們談論日益熱門的工業(yè)4.0、智能制造這些話題時，機器人是一個無論如何也繞不開的問題。機器人的智能化程度影響著整個工業(yè)演化的進程，傳統的機器人僅能在嚴格定義的結構化環(huán)境中執(zhí)行預定指令動作...
缺乏對環(huán)境的感知與應變能力，這極大地限制了機器人的應用。利用機器人的視覺控制，不需要預先對工業(yè)機器人的運動軌跡進行示教或離線編程，可節(jié)約大量的編程時間，提高生產效率和加工質量。這就是我們標題中提到的，基于機器視覺的工業(yè)機器人定位技術。這一技術在國內最早被應用于焊接機器人對焊縫的跟蹤，而維視圖像的視覺采集設備及圖像處理軟件，成為行業(yè)內視覺引導的先驅和首選。
典型的機器人視覺定位系統構成如圖1所示，在關節(jié)型機器人末端安裝單個攝像機，使工件能完全出現在攝像機的圖像中。系統包括攝像機系統和控制系統：
(1)攝像機系統：由單個攝像機和計算機(包括圖像采集卡)組成，負責視覺圖像的采集和機器視覺算法。就目前行業(yè)技術發(fā)展水平來說，數字相機是比較理想的選擇，其中維視圖像的MV-EM/E系列工業(yè)相機提供了接口豐富的開發(fā)包函數，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：由計算機和控制箱組成，用來控制機器人末端的實際位置。經CCD攝像機對工作區(qū)進行拍攝，計算機通過圖像識別方法，提取跟蹤特征，進行數據識別和計算，通過逆運動學求解得到機器人各關節(jié)位置誤差值，最后控制高精度的末端執(zhí)行機構，調整機器人的位姿。
圖1機器人視覺定位系統組成
下面我們來詳細的解析一下視覺引導機器人的工作原理。首先，使用CCD攝像機(包括鏡頭等圖像采集設備)將視頻信號輸入計算機，并通過軟件對其快速處理。處理的過程是這樣的：選取被跟蹤物體的局部圖像，該步驟相當于離線學習的過程，在圖像中建立坐標系以及訓練系統尋找跟蹤物。學習結束后，相機不停地采集圖像，提取跟蹤特征，進行數據識別和計算，通過逆運動學求解得到機器人各關節(jié)位置給定值，最后控制高精度的末端執(zhí)行機構，調整機器人的位姿。工作流程如下圖所示。
視覺定位系統軟件流程圖
這樣，視覺定位系統將基于區(qū)域的匹配和形狀特征識別結合，進行數據識別和計算，能夠快速準確地識別出物體特征的邊界與中心，機器人控制系統通過逆運動學求解得到機器人各關節(jié)位置的轉角誤差，最后控制高精度的末端執(zhí)行機構，調整機器人的位姿以消除此誤差。從而解決了機器人末端實際位置與期望位置相距較遠的問題，改善了傳統機器人的定位精度。
