工業(yè)機(jī)器人識(shí)別與檢測(cè)技術(shù)研究發(fā)展

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【摘要】工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了目標(biāo)識(shí)別與智能檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人能更靈活的完全代替人類(lèi)工作。本文結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，指出機(jī)器視覺(jué)的是工業(yè)機(jī)器人目標(biāo)識(shí)別與智能檢測(cè)技術(shù)的必然方向，并分析工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)的發(fā)展趨勢(shì)，為今后的研究工作提供參考。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)機(jī)器人；目標(biāo)識(shí)別；智能檢測(cè)；機(jī)器視覺(jué)

1引言

工業(yè)機(jī)器人作為機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的代表性產(chǎn)品，是整個(gè)智能制造的核心設(shè)備。在我國(guó)制定的“中國(guó)制造2025”制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略中，機(jī)器人是規(guī)劃的十大重點(diǎn)發(fā)展方向之一。2018年，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人銷(xiāo)售量達(dá)15.64臺(tái)，同比增長(zhǎng)14.97%。行業(yè)專(zhuān)家一致認(rèn)為，在未來(lái)10年，中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人裝機(jī)量將呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，年裝機(jī)量將突破200萬(wàn)臺(tái)。目標(biāo)識(shí)別與智能檢測(cè)技術(shù)是工業(yè)機(jī)器人分揀系統(tǒng)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，其核心技術(shù)為機(jī)器視覺(jué)。上世紀(jì)60年代首次提出了機(jī)器視覺(jué)的概念，中國(guó)在機(jī)器視覺(jué)技術(shù)方面發(fā)展較晚，但是市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊，在2015年市場(chǎng)占有率就達(dá)到了全球的8%，并且迅速發(fā)展成為全球第三大機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)。本文在概述國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合發(fā)展現(xiàn)狀，指出了機(jī)器視覺(jué)的是工業(yè)機(jī)器人目標(biāo)識(shí)別與智能檢測(cè)技術(shù)的必然方向，并分析了工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)的發(fā)展趨勢(shì)。

2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外開(kāi)展工業(yè)機(jī)器人的目標(biāo)識(shí)別與智能檢測(cè)方面的研究較早，發(fā)那科（Fanuc）、史陶比爾（Staubli）、安川（YASKAWA）公司等公司早在幾十年前就推出了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的智能工業(yè)機(jī)器人。智能工業(yè)機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)大同小異，主要包括工業(yè)機(jī)器人、以視覺(jué)為主的目標(biāo)識(shí)別和智能檢測(cè)系統(tǒng)等。國(guó)外智能機(jī)器人方面的研究和應(yīng)用發(fā)展時(shí)間早，而且發(fā)展非?？?，無(wú)論是在適應(yīng)能力、成本和應(yīng)用范圍等方面均有優(yōu)勢(shì)。而在我國(guó)，這方面的研究仍然剛剛開(kāi)始，盡管在一些院校和科研機(jī)構(gòu)取得了部分成果，但是仍然需要面對(duì)很多問(wèn)題，其中最核心的問(wèn)題是：核心元器件（如CCD、CMOS等成像傳感器）基本依賴(lài)美國(guó)、日本、韓國(guó)等國(guó)家，國(guó)內(nèi)制造廠(chǎng)商主要是進(jìn)行代工，十分不利于我國(guó)智能機(jī)器人及視覺(jué)技術(shù)發(fā)展。所以加大力度發(fā)展我國(guó)智能機(jī)器人技術(shù)，進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的目標(biāo)識(shí)別與智能檢測(cè)方面的研發(fā)，無(wú)論是對(duì)于我國(guó)發(fā)展工業(yè)機(jī)器人自主創(chuàng)新技術(shù)、還是進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人人才的培養(yǎng)，均具有十分重要的意義。

2.1國(guó)外研究狀況

日本、德國(guó)、美國(guó)和韓國(guó)在機(jī)器視覺(jué)和智能工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。日本最初也是模仿歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，但是現(xiàn)在它已經(jīng)找到了自己的技術(shù)創(chuàng)新方法。以庫(kù)卡（KUKA）等公司為代表的德國(guó)緊跟時(shí)展步伐，已將機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用于生產(chǎn)線(xiàn)工件分揀、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配等工業(yè)環(huán)節(jié)。美國(guó)是最早進(jìn)行機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新的國(guó)家，它的機(jī)器視覺(jué)發(fā)展面也最廣，不論是在民用工業(yè)方面，還是軍事領(lǐng)域均得到了較大應(yīng)用。對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，包括德國(guó)庫(kù)卡（KUKA）、瑞士ABB、發(fā)那科（FANUC）等機(jī)器人公司均推出了自己公司的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)。國(guó)外一些代表企業(yè)或科研院所機(jī)器視覺(jué)研究情況如表1所示。

2.2國(guó)內(nèi)研究狀況

國(guó)內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)、高校、企業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人目標(biāo)識(shí)別和智能檢測(cè)進(jìn)行了研究，比較有代表性的有新松機(jī)器人自動(dòng)化有限公司、浙江大華技術(shù)股份有限公司、研華股份有限公司、視覺(jué)龍科技有限公司、中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所、北京工業(yè)大學(xué)等。在政府863計(jì)劃的支持下，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人從上個(gè)世紀(jì)90年代初開(kāi)始，取得了較快的發(fā)展，點(diǎn)焊、弧焊、組裝、噴漆、切割、搬運(yùn)、包裝、碼垛等方面的的工業(yè)機(jī)器人相繼問(wèn)世。我國(guó)建立了20多個(gè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地，實(shí)施100多個(gè)機(jī)器人應(yīng)用項(xiàng)目。國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)方面的企業(yè)，在近十年來(lái)發(fā)展迅速，新松、浙江大華、中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所是這方面的佼佼者。國(guó)內(nèi)一些代表性的企業(yè)或科研院所機(jī)器視覺(jué)研究情況如表2所示。

3工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)的發(fā)展方向

工業(yè)機(jī)器人加上視覺(jué)就等于有了一雙“眼睛”，并具備了識(shí)別、引導(dǎo)和定位、外觀(guān)檢測(cè)、高精度檢測(cè)等功能，能更靈活的完全代替人類(lèi)工作，機(jī)器人視覺(jué)分為2D和3D，通過(guò)3D視覺(jué)可以對(duì)物體進(jìn)行3D掃描，能夠獲取物體的立體信息，通過(guò)算法精準(zhǔn)的定位，讓生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)物料的使用和把控更加精準(zhǔn)。未來(lái)工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)將向工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)性能的提升、多機(jī)器人協(xié)調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展、深度學(xué)習(xí)方法優(yōu)化視覺(jué)系統(tǒng)等方向發(fā)展[7]。

3.1工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)性能的提升

作為一種先進(jìn)的機(jī)器人感官系統(tǒng)，機(jī)器視覺(jué)不僅能對(duì)周?chē)畔⑦M(jìn)行感知，而且能根據(jù)做出優(yōu)化的決策。隨著工業(yè)機(jī)器人的快速發(fā)展，以及應(yīng)用任務(wù)的復(fù)雜化，對(duì)機(jī)器視覺(jué)的要求也越來(lái)越高。開(kāi)發(fā)出性能更好，符合應(yīng)用任務(wù)的視覺(jué)系統(tǒng)，將是機(jī)器視覺(jué)的發(fā)展方向之一。

3.2多機(jī)器人協(xié)調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展

將視覺(jué)技術(shù)與單個(gè)工業(yè)機(jī)器人結(jié)合的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但是滿(mǎn)足不了智能工廠(chǎng)的需求。多機(jī)器人協(xié)調(diào)系統(tǒng)功能更強(qiáng)，能完成復(fù)雜的任務(wù)，效率更高，具有良好的發(fā)展前景。

3.3利用深度學(xué)習(xí)方法優(yōu)化視覺(jué)系統(tǒng)

CNN等深度學(xué)習(xí)方法在圖像處理領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，CNN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的智能化程度高，并不需要靠人去提取特征。因此利用深度學(xué)習(xí)來(lái)對(duì)工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)進(jìn)行優(yōu)化，提供視覺(jué)系統(tǒng)的辨識(shí)能力，有很大的發(fā)展空間。

4小結(jié)

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和視覺(jué)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展迅速，配備有視覺(jué)技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人能代替人完成視覺(jué)識(shí)別、引導(dǎo)和定位、外觀(guān)檢測(cè)、高精度檢測(cè)等工作，并且可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，顯著降低生產(chǎn)成本。工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景，也是工業(yè)機(jī)器人目標(biāo)識(shí)別與智能檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的必然方向。

參考文獻(xiàn)

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[7]楊靜,楊紅平,張慧,等.基于視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展及研究綜述[J].甘肅科技縱橫,2018,47(6):58-63.

作者：蔣思中 白雪 單位：廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院