走出辦公室，能看的很多機(jī)器人整齊地排列等待集成到流水線上，沒(méi)有上百也有幾十。這些機(jī)器人看起來(lái)完全一樣，但實(shí)際上卻不是，每一片金屬、每一個(gè)伺服連接都與另外一臺(tái)機(jī)器人有些許不同。將這些機(jī)器人安裝到車(chē)間中，根據(jù)車(chē)間溫度的不同，他們的物理尺寸會(huì)再次發(fā)生變化，因?yàn)榻饘贂?huì)膨脹(或者收縮)，電氣效率也會(huì)發(fā)生變化。
這些機(jī)械和電氣方面的變化(或誤差)一點(diǎn)一點(diǎn)地積累，最終影響整個(gè)機(jī)器人的精度。機(jī)器人精度就是按照程序到達(dá)空間中某一點(diǎn)的能力。用戶無(wú)法使用機(jī)器人實(shí)現(xiàn)的重復(fù)性，即無(wú)法以的精度將零件精確地定位，因?yàn)樗麄兏吖懒藱C(jī)器人的真實(shí)精度——按照需要回到空間中某一點(diǎn)的能力。
視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)器人(VGR)上配有工業(yè)攝像頭，攝像頭與計(jì)算機(jī)連接，后者運(yùn)行圖像處理軟件來(lái)判斷機(jī)器人控制的偏移量，通過(guò)比較機(jī)器人的位置以及在3D空間內(nèi)的位置和預(yù)期位置之間的偏差，提供一種主動(dòng)的方法來(lái)抵消這種偏移。但是機(jī)器視覺(jué)也會(huì)由于很多因素產(chǎn)生累積誤差，從光線變化以及傳感器響應(yīng)的內(nèi)部因素到表面光潔度和由夾持系統(tǒng)導(dǎo)致的物料擺放方式不同之類(lèi)的外在差異。
不幸的是，大多數(shù)最終用戶并不理解精度和重復(fù)性的根源，也不理解在創(chuàng)建VGR解決方案的過(guò)程中如何計(jì)算機(jī)器人和視覺(jué)系統(tǒng)的累積誤差。根據(jù)機(jī)器人的實(shí)際累積誤差來(lái)選擇合適的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)要求在機(jī)器視覺(jué)和機(jī)器人編程方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，之后才能明確全部的項(xiàng)目規(guī)格。
求同存異
每一個(gè)VGR應(yīng)用都有所不同，因?yàn)槊恳粋€(gè)機(jī)器人、環(huán)境、生產(chǎn)的零件和工藝都有所不同。因此，有很多解決問(wèn)題的方法，但是最終的目標(biāo)仍舊是令系統(tǒng)能夠以特定的速率、預(yù)期的參數(shù)和最低的成本完成特定的任務(wù)。
所有這一切基于對(duì)應(yīng)用需求的全面且透徹的理解。零件是什么樣子?在實(shí)際的生產(chǎn)中，對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō)零件的尺寸、質(zhì)地和朝向分別是什么，而不僅僅是在CAD文件中描述。從溫度的變化到光線的變化，車(chē)間的環(huán)境條件怎樣?機(jī)器人需要對(duì)零件進(jìn)行什么操作，以及這種類(lèi)型的操作如何影響機(jī)器人的選擇，包括速度、力度以及零件質(zhì)量及其對(duì)機(jī)器人定位的影響?
如圖所示，在機(jī)器人將門(mén)框之類(lèi)的產(chǎn)品放置到貨架上的例子中，盡管已經(jīng)有精心設(shè)計(jì)的襯墊和機(jī)械固定裝置，部件的位置還是經(jīng)常會(huì)發(fā)生變化。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)能夠核算位置偏差，確保機(jī)器人完成在貨架上放置或者拾取任務(wù)。
有了這些信息，大多數(shù)用戶就能夠?qū)Π惭b在車(chē)間中的特定機(jī)器人OEM廠商的產(chǎn)品有一個(gè)大致了解。根據(jù)零件的不同和對(duì)零件位置的需求，有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員能夠?yàn)轫?xiàng)目應(yīng)用選擇合適的機(jī)器人型號(hào)。機(jī)器人基本就是一種動(dòng)力學(xué)模型，包括獨(dú)一無(wú)二的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣(或者液壓)控制。大多數(shù)機(jī)器人OEM廠商提供絕對(duì)精度服務(wù)，用來(lái)確定每臺(tái)機(jī)器人的絕對(duì)精度，當(dāng)機(jī)器人和視覺(jué)累積誤差與項(xiàng)目的物料夾持精度和重復(fù)性需求非常接近的情況下，這一信息將會(huì)非常有用。
在明確項(xiàng)目需求并選擇了合適的機(jī)器人之后，設(shè)計(jì)人員就必須對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程以使其能夠完成預(yù)期任務(wù)。機(jī)器人需要能夠找出被送入工作區(qū)間的零件，可以使用固定裝置連續(xù)地為機(jī)器人提供零件的3D方位，也可以使用視覺(jué)系統(tǒng)找出與標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡之間的偏差進(jìn)而確定零件方位上的偏差。
今天，更多的生產(chǎn)廠商正在使用視覺(jué)系統(tǒng)而不是固定裝置，因?yàn)楣潭ㄑb置需要定制，不具有在同一條流水線上應(yīng)對(duì)多種零部件的靈活性，除非進(jìn)行額外的投入，也無(wú)法在工廠的其他位置復(fù)用機(jī)器人單元。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)能夠重新編程，而且如果機(jī)器人的組件和系統(tǒng)能夠滿足新應(yīng)用的特殊需求，那么它還可以像其他設(shè)備一樣在工廠中重復(fù)使用。
在VGR中加入視覺(jué)
當(dāng)應(yīng)用明確定義之后，下一步就是確定機(jī)器人需要視覺(jué)系統(tǒng)提供何種信息來(lái)達(dá)到預(yù)期要求。如果平面?zhèn)魉蛶线\(yùn)送的是相對(duì)較平的零件，那么2D視覺(jué)系統(tǒng)是否足夠?項(xiàng)目應(yīng)用是否需要朝向和相對(duì)高度信息作為X軸和Y軸信息的輔助——因此，是否需要視覺(jué)解決方案?或者對(duì)于孔洞檢查應(yīng)用，是否需要絕對(duì)3D信息以提供對(duì)于零件上夾持耳和夾持點(diǎn)的描述?
2D和解決方案相對(duì)來(lái)說(shuō)較為簡(jiǎn)單，如果視野中的每個(gè)像素都能夠達(dá)到最小的空間解析度，那么用一個(gè)攝像頭就能夠解決問(wèn)題。而對(duì)于3D視覺(jué)，設(shè)計(jì)人員就有多種選擇了，包括單攝像頭3D、配有結(jié)構(gòu)光線三角測(cè)量功能的單或者多攝像頭3D和多攝像頭立體視覺(jué)。每一種方法都具有一些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，例如，單攝像頭3D解決方案在相對(duì)狹窄的視野中精度非常之高，但是需要多幅圖像才能構(gòu)建3D點(diǎn)坐標(biāo)。立體視覺(jué)對(duì)于大型視野精度非常高，在使用了結(jié)構(gòu)光源之后精度還能夠進(jìn)一步提高，例如光柵投影設(shè)備、LED或者激光發(fā)生器，但是需要更多的硬件。所有這些系統(tǒng)都依賴(lài)于頻繁地校準(zhǔn)，以確保泵、熱膨脹和其他因素不會(huì)給3D數(shù)據(jù)帶來(lái)誤差。
人們對(duì)光線對(duì)于機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的影響知之甚少。光線，或者更準(zhǔn)確地說(shuō)光線地變化，會(huì)極大地影響機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，不管視覺(jué)解決方案的精度如何。在視覺(jué)系統(tǒng)中光線往往是最后被考慮的因素，實(shí)際上在設(shè)計(jì)的早期就應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行考量，因?yàn)閿z像頭對(duì)于光線和零部件的交互作用的感知是成功的機(jī)器視覺(jué)解決方案的根本。
例如，如果你的車(chē)間有窗戶，那么紅外光就不是首選，因?yàn)樘?yáng)光在可見(jiàn)光光譜中的紅光和紅外部分分布最強(qiáng)。為了選擇最合適的光色(白光、藍(lán)光、黃光、紅光等等)，必須對(duì)于光物理和光學(xué)有所了解。VGR車(chē)間是否需要檢測(cè)零件上非常相近的顏色，例如，是否需要彩色攝像頭和彩色光?亦或者顏色的差異是否足夠大，以至于可以使用配有帶通濾波片和互補(bǔ)光的灰度攝像頭，因?yàn)檫@種解決方案所需處理的數(shù)據(jù)量更小，成本也更低。
關(guān)于匹配彩色光照明的知識(shí)很難一言以蔽之，但是一個(gè)基本的規(guī)則是：不要使用與房間中環(huán)境光類(lèi)似的光源，也不要使用與零件顏色相反的光色，因?yàn)榱慵?huì)吸收這種顏色的光(除非你考慮使用背景光或者暗場(chǎng)照明)。
