解析工業(yè)機(jī)器人的3D視覺技術(shù)及其應(yīng)用狀況

工業(yè)機(jī)器人作為我國工業(yè)發(fā)展的重要支撐，如今在制造和物流等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，而3D視覺作為工業(yè)機(jī)器人的“眼睛”，已成為影響工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用和性能的關(guān)鍵因素。本文通過對國內(nèi)外的相關(guān)zhuan利文獻(xiàn)檢索，對工業(yè)機(jī)器人的3D視覺技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行了介紹。

工業(yè)機(jī)器人作為我國工業(yè)發(fā)展的重要支撐，如今在制造和物流等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，而3D視覺作為工業(yè)機(jī)器人的“眼睛”，已成為影響工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用和性能的關(guān)鍵因素。如何通過3D視覺控制技術(shù)來提高工業(yè)機(jī)器人工作的精度、速度及可靠性，已成為國內(nèi)外關(guān)注的焦點(diǎn)。本文中，筆者將通過國內(nèi)外的相關(guān)zhuan利文獻(xiàn)檢索，對工業(yè)機(jī)器人的3D視覺技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行介紹。
 

3D技術(shù)國外分布狀況
通過德溫特世界zhuan利數(shù)據(jù)庫和世界zhuan利文摘數(shù)據(jù)庫，對截至2018 年2月2日公開的zhuan利文獻(xiàn)進(jìn)行檢索發(fā)現(xiàn)，自1979年美國通用汽車公司提交的公開號為US4254433A “視覺運(yùn)動跟蹤系統(tǒng)”的zhuan利申請之后，涉及工業(yè)機(jī)器人3D視覺控制技術(shù)的zhuan利申請總量為2774項(xiàng)。其中該技術(shù)常用類型有：被動3D視覺技術(shù)（分為單目3D、雙目3D和多目3D，分別是用一個、兩個或兩個以上相機(jī)組成立體視覺系統(tǒng)）、通過相機(jī)捕捉投射的激光圖像實(shí)現(xiàn)立體測量的激光3D掃描技術(shù)、利用投影機(jī)通過結(jié)構(gòu)光編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)3D視角重建過程的結(jié)構(gòu)光3D掃描技術(shù)、通過LED發(fā)射高頻光信號，并根據(jù)信號從發(fā)射到返回的時間差來實(shí)現(xiàn)距離測量的TOF相機(jī)技術(shù)等。其中單目3D視覺技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單但精度低；而雙目和多目3D視覺技術(shù)精度較高，但算法和結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜；激光3D技術(shù)速度快，但受到激光散斑缺陷的限制，很難達(dá)到較高的精度。同時結(jié)構(gòu)光3D技術(shù)精度高、速度快，卻無法用于透明、黑色或強(qiáng)反射表面，TOF相機(jī)技術(shù)速度快、精度較高，但成本又相對較高。當(dāng)下，被動3D、激光3D和結(jié)構(gòu)光3D視覺技術(shù)的發(fā)展較為成熟，并被廣泛應(yīng)用。

精度是衡量工業(yè)機(jī)器人視覺性能的重要指標(biāo)，目前很多提高視覺精度的基礎(chǔ)技術(shù)和核心zhuan利都掌握在日本、美國等一些大型企業(yè)手中，如日本發(fā)那科公司、美國康耐視公司等。

發(fā)那科公司在該領(lǐng)域的主要產(chǎn)品是配置在工業(yè)現(xiàn)場的工業(yè)機(jī)器人，其所使用的機(jī)器視覺系統(tǒng)包括立體視覺法、結(jié)構(gòu)光法及激光掃描法。其具有代表性的3D視覺系統(tǒng)技術(shù)是公開號為US6490369B1的zhuan利申請，其存儲有具備ID參數(shù)及鏡頭確定位置信息的方盒模板，它將存儲信息中的變形圖像轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎸?shí)圖像，確定真實(shí)圖像的參數(shù)并與模板參數(shù)比較，使得計(jì)算機(jī)能夠識別用于機(jī)器人進(jìn)行先期操作的方盒。此外，其公開號為EP1584426A1的zhuan利申請，還涉及工具中心點(diǎn)的校準(zhǔn)系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，發(fā)那科公司還于2006年研發(fā)了FANUC iR Vision 3DL視覺系統(tǒng)，該視覺系統(tǒng)由一個安裝于地面上的3D激光傳感器來完成視覺數(shù)據(jù)采集，該技術(shù)解決了機(jī)器人抓取毛坯件后，上料定位孔位置變化等問題，可自動完成位置變化，實(shí)現(xiàn)高精度上料。

除了提高技術(shù)精度外，安全性也是工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用中一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)。藍(lán)芯科技公司是一家通過3D視覺技術(shù)來提高工業(yè)機(jī)器人安全性的公司。

高精度悟空3D相機(jī)是杭州藍(lán)芯科技有限公司針對近距離場景研發(fā)的高精度深度相機(jī)。非常適合各種機(jī)械臂抓取場景應(yīng)用，公司還可以提供完整的解決方案和SDK。利用3D傳感器來確定操作人員的行動軌跡，避免發(fā)生安全事故，進(jìn)而提供智能保障。