通過(guò)HALCON 3D視覺(jué)實(shí)現機器人與機器視覺(jué)軟件實(shí)現完美交互

西班牙專(zhuān)業(yè)機器人公司 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)而節約成本。

由機器人進(jìn)行全自動(dòng)零件抓取是一項重大的技術(shù)挑戰。尤為困難的是，部件傳給機器人時(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(zhù)仍需頻繁人工干預。

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

機器視覺(jué) vs 機電一體化系統

西班牙汽車(chē)供應商 CIKAUTXO GROUP 是 Tekniker 的客戶(hù)之一。Tekniker 為該公司開(kāi)發(fā)了一套機器視覺(jué)控制的機器人系統，用于自動(dòng)進(jìn)行部件碼垛。機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(zhuān)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。我們的目標是實(shí)現這一流程的端到端自動(dòng)化，從而加快速度、提高生產(chǎn)效率并節約成本。此外，我們的工人也需要減負，”CIKAUTXO GROUP 自動(dòng)化和機器人技術(shù)區域經(jīng)理 Kepa Laka 解釋說(shuō)。要實(shí)現流程自動(dòng)化，一種方案是采用機電一體化系統。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 決定采用基于機器視覺(jué)的解決方案。

系統裝置

系統裝置由兩臺工業(yè)機器人、一臺 3D 掃描儀、一臺深度相機、一臺運行機器視覺(jué)軟件的 PC 和一個(gè)控制單元的 PLC 組成。流程中，先由一臺機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到一定數量后，停止取出。這一數量由深度相機以及 HALCON 中的 2D 和 3D 視覺(jué)工具提供的數據計算得出。

此外，HALCON 還會(huì )持續處理來(lái)自 3D 掃描儀的數據，為機器人提供傳送帶上最適合抓取的部件的位置和方向。獲得這些數據之后，第二臺機器人就開(kāi)始從傳送帶上抓取部件，并在 3D 視覺(jué)的幫助下對準部件，以便將它們整齊分揀到兩個(gè)目標料箱中。第一臺機器人停止從進(jìn)料箱拾取部件后，也會(huì )“幫助”第二臺機器人完成任務(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容器內的導桿，誤差為 0.5 毫米。

精確定位雜亂部件

這套裝置的特殊挑戰在于，機器人需要精確識別部件在 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(mǎn)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 數據準確識別物體。SMARTPICKING 解決方案的核心是機器視覺(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)的坐標傳送給機器人，”Tekniker 智能和自動(dòng)系統部門(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。這項技術(shù)使用 3D 掃描儀采集的 3D 點(diǎn)云數據。使用不同的濾波器和預處理算子對數據進(jìn)行進(jìn)一步處理，以改進(jìn)部件的位姿識別。這樣，無(wú)論物體表面性質(zhì)如何，都能非常穩定可靠地對其進(jìn)行定位。

現在，機器人就可以準確無(wú)誤地抓取部件。這套方案適用于工業(yè)生產(chǎn)流程中出現的多種不同部件。此外，為了保證抓取流程的安全性，機器人還必須能夠在其坐標系中準確確定 3D 相機與相應物體的相對位置。為此，需要借助 MVTec HALCON 的功能進(jìn)行手眼標定。這種標定對于建立相機、機器人和待抓取部件之間的關(guān)系至關(guān)重要。只有這樣，機器人才能“知道”其抓取器相對于待抓取物體的準確位置，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上，軟件會(huì )根據部件高度和方向或抓取點(diǎn)位置等多種決策標準確定最佳候選部件，再將其位置坐標返回給機器人。

這樣，機器人就可以安全地執行下一次抓取過(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。軟件還能檢測目標容器的剩余容量，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。這項技術(shù)使用 3D 掃描儀采集的 3D 點(diǎn)云數據。使用不同的濾波器和預處理算子對數據進(jìn)行進(jìn)一步處理，以改進(jìn)部件的位姿識別。這樣，無(wú)論物體表面性質(zhì)如何，都能非常穩定可靠地對其進(jìn)行定位。

現在，機器人就可以準確無(wú)誤地抓取部件。這套方案適用于工業(yè)生產(chǎn)流程中出現的多種不同部件。此外，為了保證抓取流程的安全性，機器人還必須能夠在其坐標系中準確確定 3D 相機與相應物體的相對位置。為此，需要借助 MVTec HALCON 的功能進(jìn)行手眼標定。這種標定對于建立相機、機器人和待抓取部件之間的關(guān)系至關(guān)重要。只有這樣，機器人才能“知道”其抓取器相對于待抓取物體的準確位置，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)現機器人碼垛流程的自動(dòng)化和端到端優(yōu)化，”Jorge Molina 總結道。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擔?！?/p>