通過(guò)HALCON 3D視覺(jué)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與機(jī)器視覺(jué)軟件實(shí)現(xiàn)完美交互

西班牙專業(yè)機(jī)器人公司 Tekniker 開(kāi)發(fā)出一套解決方案，可自動(dòng)抓取雜亂放置的零件并整齊擺放。其中集成的機(jī)器視覺(jué)軟件 MVTec HALCON 利用 3D 視覺(jué)技術(shù)可確保精確抓取，由此實(shí)現(xiàn)整個(gè)流程的自動(dòng)化，加快速度，提高生產(chǎn)效率，進(jìn)而節(jié)約成本。

由機(jī)器人進(jìn)行全自動(dòng)零件抓取是一項(xiàng)重大的技術(shù)挑戰(zhàn)。尤為困難的是，部件傳給機(jī)器人時(shí)并不總是井然有序，而是雜亂無(wú)章，甚至相互重疊。這意味著仍需頻繁人工干預(yù)。

西班牙公司 Tekniker 開(kāi)發(fā)出一款基于機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用，使用兩臺(tái)機(jī)器人即可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)分揀。該應(yīng)用的一大亮點(diǎn)是 3D 視覺(jué)技術(shù)“基于表面的匹配”，它能可靠地識(shí)別傳來(lái)的部件，實(shí)現(xiàn)精確抓取。

機(jī)器視覺(jué) vs 機(jī)電一體化系統(tǒng)

西班牙汽車供應(yīng)商 CIKAUTXO GROUP 是 Tekniker 的客戶之一。Tekniker 為該公司開(kāi)發(fā)了一套機(jī)器視覺(jué)控制的機(jī)器人系統(tǒng)，用于自動(dòng)進(jìn)行部件碼垛。機(jī)器人將箱子中雜亂擺放的部件取出，然后將它們整齊地放入一個(gè)專門(mén)適配部件幾何形狀的容器，隨后即可直接進(jìn)行生產(chǎn)工作流程的后續(xù)加工。

“截至目前，部件的碼垛工作都是由人工完成。我們的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)這一流程的端到端自動(dòng)化，從而加快速度、提高生產(chǎn)效率并節(jié)約成本。此外，我們的工人也需要減負(fù)，”CIKAUTXO GROUP 自動(dòng)化和機(jī)器人技術(shù)區(qū)域經(jīng)理 Kepa Laka 解釋說(shuō)。要實(shí)現(xiàn)流程自動(dòng)化，一種方案是采用機(jī)電一體化系統(tǒng)。然而，這種方法的靈活性和可靠性較低，還會(huì)產(chǎn)生大量噪音。因此，Tekniker 決定采用基于機(jī)器視覺(jué)的解決方案。

系統(tǒng)裝置

系統(tǒng)裝置由兩臺(tái)工業(yè)機(jī)器人、一臺(tái) 3D 掃描儀、一臺(tái)深度相機(jī)、一臺(tái)運(yùn)行機(jī)器視覺(jué)軟件的 PC 和一個(gè)控制單元的 PLC 組成。流程中，先由一臺(tái)機(jī)器人使用磁性多功能抓取器從進(jìn)料箱中取出沖壓部件，然后將其放置在兩條傳送帶上。兩條傳送帶上的部件達(dá)到一定數(shù)量后，停止取出。這一數(shù)量由深度相機(jī)以及 HALCON 中的 2D 和 3D 視覺(jué)工具提供的數(shù)據(jù)計(jì)算得出。

此外，HALCON 還會(huì)持續(xù)處理來(lái)自 3D 掃描儀的數(shù)據(jù)，為機(jī)器人提供傳送帶上最適合抓取的部件的位置和方向。獲得這些數(shù)據(jù)之后，第二臺(tái)機(jī)器人就開(kāi)始從傳送帶上抓取部件，并在 3D 視覺(jué)的幫助下對(duì)準(zhǔn)部件，以便將它們整齊分揀到兩個(gè)目標(biāo)料箱中。第一臺(tái)機(jī)器人停止從進(jìn)料箱拾取部件后，也會(huì)“幫助”第二臺(tái)機(jī)器人完成任務(wù)。順便一提，作業(yè)速度為 8 秒一個(gè)部件。在此流程中，部件必須正面朝上插入目標(biāo)容器內(nèi)的導(dǎo)桿，誤差為 0.5 毫米。

精確定位雜亂部件

這套裝置的特殊挑戰(zhàn)在于，機(jī)器人需要精確識(shí)別部件在 3D 空間中的位置和方向，才能安全地將其拾起和放下?！盀闈M足這一要求，我們開(kāi)發(fā)并集成了 SMARTPICKING 軟件。這款軟件能夠通過(guò)分析 3D 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確識(shí)別物體。SMARTPICKING 解決方案的核心是機(jī)器視覺(jué)軟件 MVTec HALCON。它提供的先進(jìn)算法和工具可精確定位傳送帶上雜亂無(wú)章的部件，再將拾取點(diǎn)的坐標(biāo)傳送給機(jī)器人，”Tekniker 智能和自動(dòng)系統(tǒng)部門(mén)研究員 Jorge Molina 介紹道。

在具體操作中，使用經(jīng)典的 3D 圖像處理方法。首先也是最重要的是 HALCON“基于表面的匹配”功能。這項(xiàng)技術(shù)使用 3D 掃描儀采集的 3D 點(diǎn)云數(shù)據(jù)。使用不同的濾波器和預(yù)處理算子對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理，以改進(jìn)部件的位姿識(shí)別。這樣，無(wú)論物體表面性質(zhì)如何，都能非常穩(wěn)定可靠地對(duì)其進(jìn)行定位。

現(xiàn)在，機(jī)器人就可以準(zhǔn)確無(wú)誤地抓取部件。這套方案適用于工業(yè)生產(chǎn)流程中出現(xiàn)的多種不同部件。此外，為了保證抓取流程的安全性，機(jī)器人還必須能夠在其坐標(biāo)系中準(zhǔn)確確定 3D 相機(jī)與相應(yīng)物體的相對(duì)位置。為此，需要借助 MVTec HALCON 的功能進(jìn)行手眼標(biāo)定。這種標(biāo)定對(duì)于建立相機(jī)、機(jī)器人和待抓取部件之間的關(guān)系至關(guān)重要。只有這樣，機(jī)器人才能“知道”其抓取器相對(duì)于待抓取物體的準(zhǔn)確位置，即必須將其移動(dòng)到哪個(gè)位置才不會(huì)抓空。

3D視覺(jué)幫助避免碰撞

在整個(gè)拾取和放置工作流程中，必須避免機(jī)械臂與各個(gè)物體（部件、容器等）之間可能發(fā)生的碰撞。這就要用到 HALCON 中集成的“3D 對(duì)象處理”技術(shù)，它可以確定哪些部件在傳送帶上的位置較為合適，這樣抓取時(shí)一開(kāi)始就不會(huì)發(fā)生碰撞。在此初步選擇的基礎(chǔ)上，軟件會(huì)根據(jù)部件高度和方向或抓取點(diǎn)位置等多種決策標(biāo)準(zhǔn)確定最佳候選部件，再將其位置坐標(biāo)返回給機(jī)器人。

這樣，機(jī)器人就可以安全地執(zhí)行下一次抓取過(guò)程。這種可控的順序在取出部件時(shí)能夠可靠防止碰撞，從而避免中斷工作流程。軟件還能檢測(cè)目標(biāo)容器的剩余容量，判斷是否還能在容器中放置更多部件。

在具體操作中，使用經(jīng)典的 3D 圖像處理方法。首先也是最重要的是 HALCON“基于表面的匹配”功能。這項(xiàng)技術(shù)使用 3D 掃描儀采集的 3D 點(diǎn)云數(shù)據(jù)。使用不同的濾波器和預(yù)處理算子對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理，以改進(jìn)部件的位姿識(shí)別。這樣，無(wú)論物體表面性質(zhì)如何，都能非常穩(wěn)定可靠地對(duì)其進(jìn)行定位。

現(xiàn)在，機(jī)器人就可以準(zhǔn)確無(wú)誤地抓取部件。這套方案適用于工業(yè)生產(chǎn)流程中出現(xiàn)的多種不同部件。此外，為了保證抓取流程的安全性，機(jī)器人還必須能夠在其坐標(biāo)系中準(zhǔn)確確定 3D 相機(jī)與相應(yīng)物體的相對(duì)位置。為此，需要借助 MVTec HALCON 的功能進(jìn)行手眼標(biāo)定。這種標(biāo)定對(duì)于建立相機(jī)、機(jī)器人和待抓取部件之間的關(guān)系至關(guān)重要。只有這樣，機(jī)器人才能“知道”其抓取器相對(duì)于待抓取物體的準(zhǔn)確位置，即必須將其移動(dòng)到哪個(gè)位置才不會(huì)抓空。

成效:通過(guò) 3D 視覺(jué)將流程速度提高 100%

“多虧有 HALCON，我們才能順利實(shí)現(xiàn)機(jī)器人碼垛流程的自動(dòng)化和端到端優(yōu)化，”Jorge Molina 總結(jié)道。Kepa Laka 也證實(shí)：“我們成功將流程速度提高 100%，同時(shí)還減輕了員工的日常工作負(fù)擔(dān)?！?/p>