解析工業(yè)機器人的3D視覺(jué)技術(shù)及其應用狀況

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

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

3D技術(shù)國外分布狀況
通過(guò)德溫特世界zhuan利數據庫和世界zhuan利文摘數據庫，對截至2018 年2月2日公開(kāi)的zhuan利文獻進(jìn)行檢索發(fā)現，自1979年美國通用汽車(chē)公司提交的公開(kāi)號為US4254433A “視覺(jué)運動(dòng)跟蹤系統”的zhuan利申請之后，涉及工業(yè)機器人3D視覺(jué)控制技術(shù)的zhuan利申請總量為2774項。其中該技術(shù)常用類(lèi)型有：被動(dòng)3D視覺(jué)技術(shù)（分為單目3D、雙目3D和多目3D，分別是用一個(gè)、兩個(gè)或兩個(gè)以上相機組成立體視覺(jué)系統）、通過(guò)相機捕捉投射的激光圖像實(shí)現立體測量的激光3D掃描技術(shù)、利用投影機通過(guò)結構光編碼技術(shù)實(shí)現3D視角重建過(guò)程的結構光3D掃描技術(shù)、通過(guò)LED發(fā)射高頻光信號，并根據信號從發(fā)射到返回的時(shí)間差來(lái)實(shí)現距離測量的TOF相機技術(shù)等。其中單目3D視覺(jué)技術(shù)結構簡(jiǎn)單但精度低；而雙目和多目3D視覺(jué)技術(shù)精度較高，但算法和結構相對復雜；激光3D技術(shù)速度快，但受到激光散斑缺陷的限制，很難達到較高的精度。同時(shí)結構光3D技術(shù)精度高、速度快，卻無(wú)法用于透明、黑色或強反射表面，TOF相機技術(shù)速度快、精度較高，但成本又相對較高。當下，被動(dòng)3D、激光3D和結構光3D視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展較為成熟，并被廣泛應用。

精度是衡量工業(yè)機器人視覺(jué)性能的重要指標，目前很多提高視覺(jué)精度的基礎技術(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)現場(chǎng)的工業(yè)機器人，其所使用的機器視覺(jué)系統包括立體視覺(jué)法、結構光法及激光掃描法。其具有代表性的3D視覺(jué)系統技術(shù)是公開(kāi)號為US6490369B1的zhuan利申請，其存儲有具備ID參數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變?yōu)檎鎸?shí)圖像，確定真實(shí)圖像的參數并與模板參數比較，使得計算機能夠識別用于機器人進(jìn)行先期操作的方盒。此外，其公開(kāi)號為EP1584426A1的zhuan利申請，還涉及工具中心點(diǎn)的校準系統。在此基礎上，發(fā)那科公司還于2006年研發(fā)了FANUC iR Vision 3DL視覺(jué)系統，該視覺(jué)系統由一個(gè)安裝于地面上的3D激光傳感器來(lái)完成視覺(jué)數據采集，該技術(shù)解決了機器人抓取毛坯件后，上料定位孔位置變化等問(wèn)題，可自動(dòng)完成位置變化，實(shí)現高精度上料。

除了提高技術(shù)精度外，安全性也是工業(yè)機器人應用中一項非常重要的指標。藍芯科技公司是一家通過(guò)3D視覺(jué)技術(shù)來(lái)提高工業(yè)機器人安全性的公司。

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