基于机器视觉的工业机器人分拣技术探究

摘  要：随着时间的推移，我国的社会经济得到了空前的发展，在这种发展趋势之下，我国的科学技术的发展也是十分迅猛的，其中代表性非常强的就是机器人的相关技术。根据一定的调查能够发现，在机器人的视觉技术方面，人民群众是最为重视的，因为这项技术可以在机器人当中进行应用，并且能够赋予机器人非常多的额外功能，这些额外的功能在实际的社会工作当中进行运用之后都取得了一定的成效。所以，在本文中就将针对基于机器视觉的工业机器人分拣技术进行探究，并且在文章当中提出一定的具有建设性的意见或者对策。

关键词：机器视觉;工业机器人;分拣技术;人机交互

中图分类号：TP242.2;TP391.41      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）18-0143-03

Abstract：With the passage of time，China’s social and economic development has been unprecedented. Under this development trend，China’s scientific and technological development is also very rapid，among which the most representative is the related technology of robots. According to a certain survey，the people attach the most importance to the visual technology of robots，because this technology can be applied in robots. And it can give robots a lot of additional functions，these additional functions have achieved some results in the actual social work. In this paper，the industrial robot sorting technology based on machine vision will be explored，and some constructive suggestions or countermeasures will be put forward in the article.

Keywords：machine vision;industrial robots;sorting technology;human-computer interaction

0  引  言

就目前来说，世界各国的科学技术的发展已经遇到了比较大的瓶颈，而机器人技术的蓬勃发展，是能够在一定的程度上摒弃发展瓶颈的限制的，因此，现阶段世界各国都非常重视机器人事业的发展。虽然世界各国对于智能工业机器人的技术研究已经过去了非常长的一段时间，但是，在研究的过程当中，还存在一些未能解决的难点问题，例如比较常见的工作环境复杂程度比较高以及技术保密性问题等等。所以，在接下来的文章当中，就将基于机器视觉的角度，对工业机器人分拣技术进行一系列的探究。

1  基于机器视觉的工业机器人分拣系统概述

由于不同的智能工业机器人分拣系统的构成是不尽相同的，所以在本文当中将以代表性比较强的RH6通用工业机器人[1]作为模型，并且还会对其内部的分拣系统的组成进行研究和分析。

1.1  系统组成

按照工作单元进行分析，RH6通用型工业机器人中具有三部分的工作单元，而且其负责的工作内容其实是不尽相同的，首先是工作平台，其次就是摄像平台和视觉分拣单元，最后就是RC控制单元和机械手抓单元。

1.2  不同组成所负责的工作内容

在工作平台这一划分单元当中，主要具有两部分的工作内容，且这两部分工作内容是在不同的区域中完成的，分别是工件放置平臺以及工件分拣放置槽位。一般情况之下，工件放置平台整体上是黑色的，这种比较明显的颜色有利于区分金属工件，相关的工作人员可以在完成工件的分拣操作之后，将其分类并将其放置到工件放置槽当中。

在摄像机平台这一划分单元当中，其组成部分主要包含三个部分，首先是摄像机，其次是摄像机的支架，最后就是光源。其中摄像机部分存在的意义就是获得试验台之上的工件的视频图像，而且具有稳定的光源之后，图像的获取和利用过程都是比较顺利且稳定的。在摄像机平台当中，摄像机支架所能起到的作用是非常重要的，因为在实际的工作过程中，一些振动的情况是不能避免的，而是支架进行固定之后，整体平台的结构就会相对变得稳定，且摄像机支架部分还可以进行高度调节[2]。

视觉分拣单元，从组成部分进行考虑是比较简单的，分别是PC机和视觉软件部分。从发挥出来的功能角度进行考虑的话，如果在实际的工作过程中能够将视觉系统进行充分的应用，在一定的程度上就能够完成摄像机视频的排序，所以，要有效地了解目标的种类，并且还要将工件质心的位置和摆放方向做好预设，这样能够使得工业机器人的工作能够有条不紊地进行下去。另外，图像坐标系、物体坐标系这两项数据其实是具有紧密的联系的，二者互相联系着进行计算，往往能够快速地得出结论数据。

RC控制单元的构成主要包含三部分的，分别是示教盒、控制柜以及RC控制器。在这一操作单元当中，每一项构成部分所能够发挥出来的作用都是十分巨大的。其中的示教盒，在工作的过程当中，能够针对机器人的初步设置进行各项参数的设定，并且在控制作用当中，示教盒也能够发挥出一定的作用。RC控制单元的控制柜与计算机的联系是非常密切的，在机器人正常的运行过程当中，这一部分能够接受计算机的相关数据。最后就是RC控制器了，这一部分主要起到的作用就是对机器人的有效控制，使得智能工业机器人能够按照指令做出指定的动作，这对于机器人的正常使用是非常重要的[3]。

机械手抓的组成部分相对比较简单，主要包含两部分，分别是机械臂以及最重要的抓手部分。二者在实际的使用过程当中是互相配合着进行工作，机械臂能够按照给与的信息指示完成相应的移动动作，而抓手部分在实际的使用过程中能够完成分拣抓取的动作，二者之间密切配合，能够高效地進行工作。

2  基于机器视觉的工业机器人分拣系统的相关要求

2.1  形状方面

众所周知，在实际的工业机器人的工作过程当中，其面对的诸多工件其实都是几何形状，所以，工业机器人的分拣系统要求能够适应几何形状的工件，这样才能提升整体的工作效率。

2.2  抓取工件方面

为了提升智能工业机器人的工作效率，相关的工作人员可以为其提供一定的便利。在实际的工作过程当中，有可能会发生一定的机械臂碰撞现象，所以，相关的工作人员在工件放置工作当中，要尽量将其分散地进行放置，这样能够有效地减少机械臂碰撞的现象，在一定的程度上来说，分散放置能够提升机械臂的使用寿命。

3  实际的分拣实现过程概述

在这一研究过程当中，可以对摄像机平台的工作进行一定的利用，也就是说，可以利用提取到的图像序列来将分拣过程的实现完整地叙述出来，当然在这一过程中，要对提取到的图像进行特征的分析。

3.1  图像预处理

进行图像的预处理有利于分析整个分拣过程，虽然这一操作过程可能会干扰图像的形成，但这一操作还是具有非常重要的作用的。

3.2  完成目标提取

在这一过程当中，Canny算子的应用是非常重要的，在对其进行一定的应用之后，得到的图像变化就会形成诸多参数数值，这对于后续的研究工作是具有非常大的积极意义的。

3.3  单一目标的分析

在前文已经进行了一定的提及，基于机器视觉的工业机器人分拣系统所面临的工件大多都是几何形状，但是如果只将角点的检测工作作为重要的依据的话，这项工作其实是十分不全面的，因为无法测出球体这样一个几何工件。为了应对这一问题，需要对Hough圆检测进行充分的利用，这样，在实际的工作当中，智能工业机器人分拣系统所面临的几何工件的抓取分拣工作的效率就会比较高，而且工作起来就是比较全面的了。所以，在分拣过程实现的过程当中，要重视对单一工件类型的分析[4]。

3.4  依据不同的类型进行抓取工作

在进行实际的抓取工作之前，相关的工作人员要进行不同程度的试验抓取工作，在这一工作过程中，需要针对不同的单一工件进行抓取工作，将其主要的特征进行了解和掌握，其中数据值包括中心以及长短轴等等。并且，在后续的工作过程当中，需要经过CAN总线将特征信息发送至RC控制单元，这样就能够控制工业机器人进行后续的分拣抓取工作，这一项实现过程还是比较重要的。

4  摄像机标定

4.1  摄像机进行标定的目的

在智能工业机器人当中，摄像机的标定工作是具有非常重要的作用的，其最为主要的作用其实就是能够促进空间坐标系进行转变，在进行转变过程之后就成为了比较简单的图像坐标系了。

在这一过程当中，相关的工作人员需要在不同的方向放置不同标定板，标定点的选取也要在标定板上选取，然后在后续的工作过程当中，需要对其像素进行非常重要的采取工作，当然，与之相对应的世界坐标的获取工作同样是十分重要的，这样就能够得到相关的空间坐标系了。在后续的工作过程当中，工作人员要充分地利用应用变换的关系，这样就能够得到图像坐标系了，二者之间的关系也能够进行确定。

4.2  标定人机交互界面实现的功能

4.2.1  针对输入图像方面

在针对输入图像方面，要进行一定的判断过程，其主要的目的就是判断其是否满足期盼模式。在标定的准确性方面，摄像机所拍摄出来的模板图像具有非常重要的作用，甚至会起到一定的决定作用，例如，如果提供的模板图像不是非常准确的话，标定工作是绝对不会成功的，也就是说，其代表性的功能也无从实现，所以说，在标定工作当中，要确保提供的模板图像是准确无误的。

4.2.2  摄像机内/外部参数

在此之中，内/外部参数其实就是摄像机的固有参数，各种数值提取工作都是比较容易的，而摄像机的内/外部参数，其实就是工作环境的相关参数，因此，内/外部参数的数值提取工作是比较难以进行的。

4.2.3  系统误差

所谓系统上的误差，其实就是指，在观察系统误差的过程当中，能够显示出标定的系统误差。

4.3  系统的工作流程

（1）相关的工作人员将需要的参数值输入到其中，这里涉及的数据值是非常多的，相关工作人员要细心工作，这样才不会忽略掉其中的诸多数据内容，这些数据内容主要包含行和列的角点位置数据，以及每一个方块的长度和及宽度数值。

（2）将已经拍摄好的不同方向的标定板进行确定，并将其输入到视觉图像处理软件当中以便工业机器人能够完成后续的工作过程。

机器人的分拣系统的自动性是非常强的，如果相关的标准不是非常符合的时候，需要在第一时间通知用户，以免造成比较重要的经济损失，在某种程度上来说，这也是保护机器人的一种方式。

5  结  论

综上所述，就是目前为止的基于机器视觉的工业机器人分拣技术的相关研究和分析，从本文叙述的内容当中不难得知，我国基于机器视觉的工业机器人分拣技术已经逐渐趋于成熟，但是在一些细节之处仍旧需要完善。为此，就需要相关的工作人员具备比较高的工作素养，在后续的工作过程当中，能够对这项技术不断进行优化和完善，使其能够符合时代的发展节奏，且能够发挥出其真正的作用，以促进社会经济的发展。

参考文献：

[1] 肖成军.基于机器视觉与工业机器人的分拣技术研究 [J].内燃机与配件，2018（20）：214-215.

[2] 耿立明，王迪，杨威.机器视觉在工业机器人智能分拣识别中的研究 [J].电子制作，2018（20）：32-33.

[3] 王迎晖.基于机器视觉的物料分拣工业机器人技术研究 [J].仪器仪表标准化与计量，2018（5）：28-30.

[4] 李婷婷.基于机器视觉的工业机器人分拣技术研究 [J].现代制造技术与装备，2017（12）：171+173.

作者简介：刘涵茜（1982.03-），女，汉族，江苏苏州人，讲师，硕士研究生，研究方向：机电一体化、工业机器人。