機器視覺最新發展趨勢——視覺引導機器人的集成要點

摘要

通過遍布整個廠區的相機、感測器和成像儀生成的數據，機器視覺技術正在幫助倉庫行業最大限度地提高效率和生產力。

當談及機器視覺系統的最新發展趨勢——視覺引導機器人（VGR）時，讓我們試著從集成的角度來更深入的思考。有一點需要牢記：在提升系統魯棒性的同時，也要讓系統設計得更容易。

LEONI工程產品與服務部視覺解決方案經理Nick Tebeau認為，隨著不同視覺系統和機器人控制器的湧現，使得通信變得更容易集成。在過去，集成商不得不應對DeviceNet或串列通信。當用它來連接視覺系統與機器人時，這兩種技術都有可能引來麻煩。但隨著EtherNet/IP和ProfitNet成為基於乙太網的協議，並且幾乎所有的智能相機和基於PC的機器視覺系統都支持這些協議，它們為實現與機器人結合的各種自動化技術打開了閘門。

據來自於FANUC美國公司負責智能機器人/機器視覺開發的資深工程師David Dechow稱，在整個VGR市場都能感受到更好的通信所帶來的好處。他說，「這意味著大多數機器人都能夠很好地與視覺系統和諧相處。」無論是由機器人製造商提供的第三方自有品牌體系，還是由機器人製造商針對低複雜度應用場合所開發和集成的系統，都能實現良好的運行。

需要完成任務越複雜，擁有插件解決方案的價值主張就越清晰。機器人與視覺系統之間的集成越緊密，設計師們就越易於將三項相關的坐標系統（機器人、視覺和現實世界）聯繫起來。Dechow先生講道：「我們也可以將易用性的改進擴大到介面技術和機器人編程中。無論視覺系統是由機器人製造商或第三方製造的，將視覺導引系統從機器人系統中分離出來對用戶來說已經完全不可能。例如，我們可以將相機用作一種工具，並根據相機成像的中心來引導機器人，而不是使用經過對準的工具點來指導機器人，這以成為引導探頭或程序機器人運動的常規方式。」

據ATS自動化公司成像主管Steve Wardell稱，通信只是使VGR更易於設計和操作的眾多進化增強措施之一。「效果確實不錯，」 Wardell說，「將機器人和視覺系統集成在一起，一直是一項較大規模的整合工作。這真的減少了開發VGR所需的工作量，同時，更多的自動化系統也被接受。我們的許多系統與來自機器人製造商的定製化解決方案相結合，但是與機器人控制器更緊密集成的系統通常會帶來最大的收益。」

「你當然可以使用一些建議你如何做出很好的二維引導應用的模板，」Dechow說，「但是，FANUC的iRVision機器視覺解決方案與機器視覺公司為機器人OEM廠商開發的第三方解決方案相比，肯定還是有區別的。基本上，應用環境越複雜，你使用來自機器人製造商的完全集成解決方案就越有餘裕。」

在集成方面需要考慮的事情

許多因素使得集成變得更容易，這樣就催生出更易於使用的系統。想像一下只需簡單的點擊式菜單結構和自動轉換，就可以處理多相機成像、機器人手臂視覺、多幀成像以及多個機器人用戶幀成像。Dechow認為，「未來，在越來越多的機器人系統中將會增加這些先進的功能。」

例如，「我可能希望在機器人手臂的末端放置一個相機，可以在不同的位置拍攝多張圖像，並結合特徵偏移量來獲得高度精確的複合2D或3D位置。」 Dechow講道，「機器人視覺系統可以在自動背景下完全處理位置變換，而不需要複雜的數學和額外校準，這是一個真正的好處。」

雖然使用機器視覺系統解決特定應用（如針對VGR的機器人OEM視覺系統）方面的歷史較長，但這並不意味著採用機器人OEM廠商提供的機器視覺系統可以最好地勝任每項工作任務，甚至是每項VGR任務。

「雖然你總是希望讓機器人成為視覺系統的主人，但這並不意味著機器人控制器可以處理每個視覺工作任務。」Tebeau補充道。例如，先進的3D演算法更偏向於內存密集型。在某些情況下，最好的方法是使用機器視覺系統，將其自身的處理單元與機器人控制器分開。

如果讓機器人控制器負責設定計算優先次序，這意味著設計師們可以設定某個進程的優先次序，但兩個進程無法同時運行。Tebeau說：「想要同時實現完全的運動控制和視覺控制而不出現中斷是很難的。這就是為什麼我們建議需要為內存密集型的應用採用一個單獨的視覺控制器。」

當VGR系統被設計為容納80%的應用程序而無法滿足剩餘20%的應用時，類似於ATS這樣的自動化公司往往能夠給出專業的建議。Wardell說道，「在這種情況下，你需要具備整體光學和照明要求的技術專家，幫你構建一個良好、堅固耐用且可以提供最佳圖像的系統。解決這個問題並不一定要採用機器人供應商所提議的軟體（它們主要針對相機介面問題），還需要對照明和光學進行設置，以獲得最佳圖像。」由於生產效率的提高是製造業成功的驅動力，機器視覺和機器人之間的集成預計將是一個持久的進化過程，在這期間到底由誰在某些特定應用中處於優勢並不那麼重要。

本文來自於《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2017年8月刊《機器視覺專刊》欄目，原標題為：視覺引導機器人的集成要點

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