工業(yè)機(jī)器人抓取技術(shù)機(jī)器視覺運(yùn)用研究

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摘要：針對(duì)當(dāng)前工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來講，提升生產(chǎn)效率，加強(qiáng)經(jīng)營(yíng)管理質(zhì)量是確保工業(yè)發(fā)展地位的重要因素。本文以提升工業(yè)生產(chǎn)效率為目的，結(jié)合機(jī)器視覺智能定位技術(shù)展開探討，分析了機(jī)器視覺技術(shù)的概念和應(yīng)用意義，闡述了機(jī)器視覺在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用技術(shù)，提出了機(jī)器視覺應(yīng)用在機(jī)器人定位抓取操作中的優(yōu)化解決措施，僅供參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺；工業(yè)發(fā)展；機(jī)器人抓取定位；技術(shù)

當(dāng)科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)發(fā)展領(lǐng)域中后，智能機(jī)械化生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)成為當(dāng)前支撐工業(yè)發(fā)展的主要工具。而智能工業(yè)機(jī)器人能夠依據(jù)程序編碼完成指定的任務(wù)，在當(dāng)前現(xiàn)代化工業(yè)轉(zhuǎn)型中具有極為重要的作用。因此，基于工業(yè)機(jī)器人抓取定位技術(shù)進(jìn)行細(xì)節(jié)分析，建立在機(jī)器視覺的角度研發(fā)新型的技術(shù)，能夠進(jìn)一步提升工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，有效解決常見的運(yùn)行問題，這些不僅是本文論述的重點(diǎn)，也是相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新首先要考慮的問題。

1理論概述

1.1機(jī)器視覺

機(jī)器視覺本身是一種建立在智能設(shè)備上的新型操控技術(shù)[1]。其能夠賦予工業(yè)機(jī)器人視覺功能。可以精準(zhǔn)地判斷距離和精度，從而優(yōu)化生產(chǎn)質(zhì)量，主要運(yùn)行原理是建立在攝像機(jī)采集圖像功能基礎(chǔ)上而運(yùn)行的，通過圖像細(xì)節(jié)分析，將最終的結(jié)果反饋給智能操控系統(tǒng)，最終由系統(tǒng)控制機(jī)器人來執(zhí)行相關(guān)的定位抓取操作。在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，機(jī)器視覺已經(jīng)成為廣泛使用的技術(shù)之一，其具備極大的靈活性。能夠通過攝影技術(shù)采集到多種圖像，且可以由中心控制器進(jìn)行圖像處理，能夠?qū)崿F(xiàn)基本的生產(chǎn)操作。機(jī)器視覺具備極高的精準(zhǔn)性。在復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境和生產(chǎn)工序中，工業(yè)機(jī)器人在機(jī)器視覺的操控下，能夠抵抗住強(qiáng)大的生產(chǎn)壓力，較傳統(tǒng)人工生產(chǎn)的效率有所提升，也可以避免人工生產(chǎn)中出現(xiàn)的差錯(cuò)。應(yīng)用了機(jī)器視覺的工業(yè)機(jī)器人能夠在生產(chǎn)中合理地控制生產(chǎn)成本，降低傳統(tǒng)人工費(fèi)用。同時(shí)由于當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中智能網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的較為成熟，利用機(jī)器視覺進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人創(chuàng)新，并不會(huì)花費(fèi)較高的成本，因此在提升生產(chǎn)效率的同時(shí)，也可以控制經(jīng)營(yíng)成本。

1.2工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用機(jī)器視覺技術(shù)的重要意義

在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)線中，工業(yè)機(jī)器人主要負(fù)責(zé)進(jìn)行工件組裝等工序，因此定位抓取是最基本的職能。而機(jī)器視覺能夠優(yōu)化定位抓取的效率，因此將其應(yīng)用在工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)創(chuàng)新中具備極強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。首先，能夠全面降低生產(chǎn)成本，工業(yè)機(jī)器人的使用提升了生產(chǎn)效率，減少了生產(chǎn)員工的數(shù)量，能夠減少零件的損耗和生產(chǎn)能源消耗比例，因此可以降低人工費(fèi)、原料成本等。其次，工業(yè)機(jī)器人在機(jī)器視覺技術(shù)的控制下能夠全面提升生產(chǎn)效率，系統(tǒng)編碼能夠指導(dǎo)工業(yè)機(jī)器人按照既定的程序進(jìn)行運(yùn)作，這種運(yùn)作不會(huì)產(chǎn)生疲勞感，生產(chǎn)的效率始終會(huì)保持一致，且可以通過改變編碼來操控生產(chǎn)進(jìn)程，因此，對(duì)于合理管控生產(chǎn)進(jìn)度有極大地幫助。

2基于機(jī)器視覺技術(shù)的定位抓取運(yùn)行流程

在機(jī)器視覺技術(shù)的引導(dǎo)下，工業(yè)機(jī)器人在實(shí)現(xiàn)定位抓取操作的前期，要按照技術(shù)的指引來完成相關(guān)的流程，詳細(xì)流程如下：

2.1處理圖像

處理圖像功能是支撐工業(yè)機(jī)器人在機(jī)器視覺引導(dǎo)下執(zhí)行定位抓取操作的基礎(chǔ)，因此對(duì)于圖片處理技術(shù)以及圖片的質(zhì)量有較高的要求。首先，要求圖片具有極高的清晰度，其次，圖片中能夠體現(xiàn)的信息要具備完整性[2]。只有建立在這樣的圖片基礎(chǔ)上，經(jīng)過處理后生成的信息才可以為機(jī)器人執(zhí)行定位抓取操作提供依據(jù)。常見的圖片處理技術(shù)如圖1所示。其中灰度處理主要是將具有色彩的圖像進(jìn)行黑白轉(zhuǎn)化。能夠?qū)D像中最重要的信息顯現(xiàn)出來，從而進(jìn)一步減少計(jì)算機(jī)在處理過程中需要的計(jì)算量，提升處理效率。濾波處理技術(shù)主要是將圖像中的噪點(diǎn)進(jìn)行弱化，從而保留關(guān)鍵的細(xì)節(jié)，在這些細(xì)節(jié)中進(jìn)行信息提取，能夠更加直觀地使機(jī)器人系統(tǒng)了解到當(dāng)前生產(chǎn)所要執(zhí)行的操作。而這些噪點(diǎn)的出現(xiàn)主要源于圖片生成設(shè)備，即攝像機(jī)的自身性能，不同的攝像機(jī)性能和功能具有差異性，性能較差的攝像機(jī)將會(huì)為圖像帶來較多的噪點(diǎn)。此外，二值化處理技術(shù)是針對(duì)既定好的閾值進(jìn)行圖像處理。閾值的改變主要是針對(duì)圖像中像素點(diǎn)的灰度值進(jìn)行調(diào)整，將其設(shè)置為最低或者最高，使圖像中的信息和細(xì)節(jié)能夠保持統(tǒng)一的灰度值，降低圖像的復(fù)雜程度，從而更好地定位重要信息。

2.2定位處理

定位處理主要是通過三維技術(shù)，將其與計(jì)算機(jī)的視覺控制系統(tǒng)聯(lián)系起來，能夠決定計(jì)算機(jī)在操作中的定位精準(zhǔn)度和抓取精確性。這就要求在工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)中增加雙目立體視覺處理系統(tǒng)，系統(tǒng)中存在的三維坐標(biāo)能夠輔助機(jī)器人進(jìn)行更加精準(zhǔn)的定位。這種三維控制系統(tǒng)較傳統(tǒng)的二維控制技術(shù)新增了高程系統(tǒng)，能夠更加精準(zhǔn)地定位空間中的相關(guān)零件，工業(yè)機(jī)器人可以通過機(jī)器視覺來判斷三維系統(tǒng)中的重要坐標(biāo)點(diǎn)，并將其作為執(zhí)行抓取定位操作的依據(jù)。這種方式能夠進(jìn)一步提升抓取的精準(zhǔn)性，另外可以通過人為更改的方式調(diào)整坐標(biāo)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同形狀和規(guī)格的目標(biāo)進(jìn)行抓取操作。

2.3抓取操作

工業(yè)機(jī)器人通過基礎(chǔ)的圖像處理定位出需要執(zhí)行操作的目標(biāo)，接下來便要實(shí)現(xiàn)抓取動(dòng)作。這是最簡(jiǎn)單也是最關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，抓取的精準(zhǔn)性也是評(píng)價(jià)圖片處理質(zhì)量以及定位質(zhì)量的重要依據(jù)[3]。另外，當(dāng)前的工業(yè)機(jī)器人通常利用自動(dòng)抓取技術(shù)實(shí)現(xiàn)定位操作，這種方式減少了人工調(diào)試環(huán)節(jié)，機(jī)器人能夠通過系統(tǒng)故障自檢及時(shí)地向管理人員反映運(yùn)行情況，從而減少了人工干預(yù)對(duì)于生產(chǎn)效率的影響，也能夠進(jìn)一步降低機(jī)器的磨損。同時(shí)，抓取動(dòng)作與機(jī)器人的系統(tǒng)控制有緊密的聯(lián)系。因此，基于上述二點(diǎn)的系統(tǒng)處理技術(shù)來講，提升系統(tǒng)控制有效性對(duì)于提升機(jī)器人定位抓取能力也有著極大的促進(jìn)作用。

3應(yīng)用領(lǐng)域

建立在機(jī)器視覺基礎(chǔ)上的工業(yè)機(jī)器人能夠輔助企業(yè)的高效生產(chǎn)，其具備極強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，也具備較廣的應(yīng)用范圍。當(dāng)前，工業(yè)行業(yè)通常利用工業(yè)機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)以下幾種工序的生產(chǎn)應(yīng)用。

3.1組裝

建立在定位抓取功能的優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上，利用工業(yè)機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品組裝將具備極大的使用優(yōu)勢(shì)。工業(yè)機(jī)器人可以通過視覺系統(tǒng)來獲取周圍生產(chǎn)線上的零件目標(biāo)，通過基礎(chǔ)的攝像頭進(jìn)行環(huán)境圖片拍攝，經(jīng)過處理之后聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)中的控制功能實(shí)現(xiàn)手臂操作。從而完成零件的組裝，這種智能組裝的方式極大程度上減少了傳統(tǒng)人工組裝的壓力，也可以通過系統(tǒng)編碼設(shè)置控制組裝的速度。管理人員只需要將相關(guān)產(chǎn)品零件的數(shù)據(jù)以及參數(shù)記錄在機(jī)器人的系統(tǒng)中，其便可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中存在的相關(guān)信息自動(dòng)辨別零件的相關(guān)參數(shù)，并且自動(dòng)的完成組裝工序；管理人員也可以通過調(diào)整零件的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)零件變更，改變不同階段的操作流程。另外，基于機(jī)器視覺技術(shù)基礎(chǔ)上的機(jī)器人也可以有效識(shí)別動(dòng)態(tài)中的零件，即可以應(yīng)用在傳送帶生產(chǎn)線上。但是工業(yè)機(jī)器人的視覺功能在于辨別組裝零件和組裝工序，對(duì)于零件的自身質(zhì)量卻不具備審查功能，因此針對(duì)原材料的質(zhì)量管控便需要加大力度。

3.2分揀

分揀操作主要依賴于工業(yè)機(jī)器人的識(shí)別及定位功能，即通過人工輸入的圖片以及零件完整度有關(guān)信息，機(jī)器人能夠自動(dòng)辨別生產(chǎn)線上的零件是否完整，并且可以根據(jù)不同零件的結(jié)構(gòu)和型號(hào)進(jìn)行分類，將具有缺陷的零件進(jìn)行剔除。這一系列工序都要依靠定位抓取功能來實(shí)現(xiàn)，可以應(yīng)用在產(chǎn)品包裝、零件檢測(cè)等環(huán)節(jié)[4]，其具備高精度、高效率的優(yōu)勢(shì)，能夠遠(yuǎn)超傳統(tǒng)人工操作效果。

4工業(yè)機(jī)器人機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用優(yōu)化措施

4.1構(gòu)建技術(shù)型生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)

加強(qiáng)專業(yè)人員落實(shí)生產(chǎn)實(shí)踐指導(dǎo)，完善既有職工的技術(shù)培訓(xùn)制度和培訓(xùn)工作，加強(qiáng)高技術(shù)設(shè)備的引進(jìn)和維護(hù)學(xué)習(xí)工作質(zhì)量，能夠?yàn)榧夹g(shù)型生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。

4.2重視智能化生產(chǎn)

機(jī)器視覺技術(shù)的應(yīng)用主要是工業(yè)生產(chǎn)向智能化轉(zhuǎn)型的途徑。因此，在當(dāng)前競(jìng)爭(zhēng)較為激烈的工業(yè)市場(chǎng)中，重視智能化生產(chǎn)轉(zhuǎn)型是提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力和發(fā)展動(dòng)力的關(guān)鍵因素。因此，要想進(jìn)一步提升工業(yè)機(jī)器人的定位抓取質(zhì)量，要著重分析企業(yè)的管理理念以及生產(chǎn)目標(biāo)。企業(yè)的管理者要認(rèn)識(shí)到智能化生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，積極轉(zhuǎn)變自身的生產(chǎn)模式，借助傳統(tǒng)與現(xiàn)代化生產(chǎn)相結(jié)合的方式，定位最適合企業(yè)發(fā)展需求的模式，才能夠?yàn)樽詣?dòng)化生產(chǎn)的落實(shí)提供平臺(tái)[5]。

4.3優(yōu)化技術(shù)創(chuàng)新

智能技術(shù)的應(yīng)用主要以機(jī)械設(shè)備作為實(shí)踐工具，因此設(shè)備的質(zhì)量管理便是提升機(jī)械化生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。針對(duì)當(dāng)前使用中的智能機(jī)器人，要及時(shí)地進(jìn)行質(zhì)量檢修，落實(shí)基礎(chǔ)的階段性維修工作，從出廠、采購(gòu)、儲(chǔ)運(yùn)等環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)檢，從實(shí)踐中定位運(yùn)行缺陷，解決運(yùn)行故障，并且不斷地落實(shí)技術(shù)與設(shè)備之間的磨合創(chuàng)新，才能夠確保機(jī)器視覺技術(shù)的不斷優(yōu)化。

5結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前智能化生產(chǎn)已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)的主要發(fā)展趨勢(shì)。因此，分析機(jī)器視覺在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用，著重針對(duì)應(yīng)用技術(shù)以及運(yùn)行原理進(jìn)行分析，并且針對(duì)其應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行探究，能夠進(jìn)一步提升機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用價(jià)值。而分析常見的故障并制定優(yōu)化措施，可以進(jìn)一步提升工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化和智能化的效率，為我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的進(jìn)步起到推波助瀾的作用。

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作者：鄭振峰 單位：陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院