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試想閉著眼睛去抓桌上的水杯,不是碰倒杯子,就是抓個空。傳統工業機械臂正是這樣的“盲人操作工”,直到視覺系統成為它們的眼睛。當攝像頭、算法和機械手協同工作,機器人才真正擁有了“眼疾手快”的本領。
視(shi)覺(jue)系統如同(tong)機(ji)器人(ren)的(de)“眼睛”,最核心的(de)正(zheng)是視(shi)覺(jue)感知(zhi)(zhi)。就像(xiang)(xiang)人(ren)類(lei)依靠雙眼判斷距(ju)離,工業機(ji)器人(ren)常用雙目(mu)攝(she)(she)(she)像(xiang)(xiang)頭獲(huo)(huo)取三維信息。這對“電子眼”內含兩(liang)個高分(fen)辨率CMOS傳感器,通過剛性結構(gou)保持同(tong)步,就像(xiang)(xiang)人(ren)眼一樣產生視(shi)差。當左(zuo)攝(she)(she)(she)像(xiang)(xiang)頭和右攝(she)(she)(she)像(xiang)(xiang)頭拍攝(she)(she)(she)同(tong)一物(wu)體(ti)(ti)時,系統根據像(xiang)(xiang)素(su)偏移量就能計算(suan)出物(wu)體(ti)(ti)距(ju)離。好比人(ren)伸手(shou)抓(zhua)取時自(zi)動(dong)感知(zhi)(zhi)杯(bei)子位(wei)置,機(ji)械手(shou)由此(ci)獲(huo)(huo)得(de)目(mu)標物(wu)體(ti)(ti)的(de)三維坐標。
當然,僅有(you)眼睛還不夠,相機拍下的(de)原始(shi)圖(tu)像(xiang)信息量巨大,充(chong)滿(man)了各種(zhong)背(bei)景噪聲和(he)無用細節。視覺系統要做的(de),就是圖(tu)像(xiang)處理與(yu)特征(zheng)提(ti)取(qu),如同大腦快速過濾(lv)掉無關信息,聚焦(jiao)在目標上。這個過程相當精細:
1. 圖(tu)像增強(qiang): 調整圖(tu)片的對比度(du)、亮度(du),甚(shen)至進行去(qu)噪處(chu)理,讓目標物體從背(bei)景中“跳”出(chu)來。例如在昏暗光(guang)(guang)線或反光(guang)(guang)條(tiao)件下,這一(yi)步至關重要。
2. 特(te)征識別: 這是(shi)核(he)心(xin)環節。系(xi)統會運(yun)用算法(如邊緣檢測、輪廓提取)找出物(wu)體(ti)的清(qing)晰邊界;分析(xi)其形狀特(te)征、顏色特(te)征、紋(wen)理特(te)征。
3. 目(mu)標鎖定: 提(ti)取出(chu)關鍵特征后,系(xi)統會將其與預先“學習”過的模(mo)板(ban)或(huo)特征數據(ju)庫(ku)進(jin)行比對(這就(jiu)是模(mo)板(ban)匹配(pei))。
匹配成功(gong)后,系統不僅(jin)能(neng)確(que)認“這(zhe)是什(shen)么(me)物體”,更重(zhong)要的是,它能(neng)精確(que)計算出這(zhe)個物體在相機視野坐(zuo)標系下的三(san)維(wei)位置(X, Y, Z)和旋轉(zhuan)姿(zi)態(tai)(角度)。這(zhe)就好比(bi)我們不僅(jin)認出了(le)桌上的水杯,還清楚地知道它離我們多遠(yuan)、杯口朝哪個方向傾斜。
知道了(le)(le)目(mu)標在哪、是(shi)什么樣子,接下來就是(shi)指(zhi)導機(ji)械(xie)手行動了(le)(le)。這涉(she)及幾個(ge)關鍵(jian)轉換和(he)決(jue)策:
1. 坐(zuo)標(biao)系(xi)轉換: 視(shi)覺(jue)(jue)系(xi)統給出的(de)位(wei)置信(xin)息(xi)是基于“相(xiang)機(ji)(ji)(ji)坐(zuo)標(biao)系(xi)”的(de)(以相(xiang)機(ji)(ji)(ji)為原點(dian)(dian)),但機(ji)(ji)(ji)械手運動只(zhi)認自己的(de)“機(ji)(ji)(ji)器(qi)人坐(zuo)標(biao)系(xi)”。這(zhe)就(jiu)需要坐(zuo)標(biao)轉換。視(shi)覺(jue)(jue)系(xi)統利用精(jing)確的(de)標(biao)定參數(事先(xian)確定好(hao)的(de)相(xiang)機(ji)(ji)(ji)與機(ji)(ji)(ji)器(qi)人基座的(de)相(xiang)對(dui)位(wei)置關系(xi)),將目標(biao)點(dian)(dian)在(zai)(zai)相(xiang)機(ji)(ji)(ji)坐(zuo)標(biao)系(xi)下的(de)位(wei)置,實時“翻譯”成機(ji)(ji)(ji)器(qi)人能理解的(de)、在(zai)(zai)它自己坐(zuo)標(biao)系(xi)下的(de)精(jing)確位(wei)置。這(zhe)一步如果稍有(you)誤差,機(ji)(ji)(ji)器(qi)人就(jiu)可(ke)能抓偏。想象兩個語言不通的(de)人合作,精(jing)確的(de)“翻譯”是成功的(de)關鍵。
2. 智能規(gui)(gui)劃(hua)(hua)路(lu)徑(jing): 知道了目標點的(de)(de)“地址”,機械手也不能橫沖直撞。運動規(gui)(gui)劃(hua)(hua)算法開始發揮作用(yong)。它會(hui)考慮機器人的(de)(de)“身(shen)體結(jie)構”(運動學模型)和活(huo)動范圍(工(gong)作空間(jian)限制)。如何避開工(gong)作區域內的(de)(de)障礙(ai)物,規(gui)(gui)劃(hua)(hua)一(yi)條最優路(lu)徑(jing)。
3. 精(jing)準執(zhi)行: 規劃好的(de)(de)路(lu)徑被分解成(cheng)一系列細(xi)小的(de)(de)運(yun)動指(zhi)令(ling),發送給(gei)機(ji)器人的(de)(de)關節控(kong)制(zhi)器。伺服(fu)電機(ji)接收(shou)到(dao)指(zhi)令(ling)后,開(kai)始精(jing)密協作,最終抓(zhua)手以合適的(de)(de)姿(zi)態穩穩地完成(cheng)抓(zhua)取動作。
視覺引導抓取技術,完美融合了(le)(le)計(ji)算機(ji)視覺(jue)、機(ji)器人控制(zhi)、圖像處理等多學(xue)科的(de)(de)智(zhi)慧。它讓機(ji)械手(shou)從(cong)“盲操作(zuo)”走(zou)向“智(zhi)能感知”,賦(fu)予生產線(xian)前(qian)所未有的(de)(de)靈活性和(he)精(jing)度。無論是汽車制(zhi)造中精(jing)準裝(zhuang)配(pei)細(xi)小的(de)(de)電子(zi)元(yuan)件,還是物(wu)流倉庫(ku)里高速(su)分揀形狀各異的(de)(de)包裹,亦或是在食品行業輕(qing)柔地抓(zhua)取易碎的(de)(de)水(shui)果,視覺(jue)系統的(de)(de)引入都(dou)大幅提(ti)升(sheng)了(le)(le)效率(lv)、減少了(le)(le)人工(gong)干預和(he)錯誤率(lv)。
在(zai)(zai)各(ge)類工(gong)業現場穩定(ding)發揮(hui)核心(xin)作(zuo)用的雙翌視覺(jue)系統,正是這一領域的優秀代(dai)表。其核心(xin)優勢在(zai)(zai)于(yu)高(gao)(gao)效精準的識(shi)別(bie)能(neng)力、魯(lu)棒穩定(ding)的坐標轉換(huan)算(suan)法以(yi)及深度優化的運(yun)動(dong)規劃與控制(zhi)集成。雙翌系統能(neng)夠快(kuai)速適應(ying)不(bu)同光照條件(jian)(jian)、復雜背(bei)景以(yi)及多樣(yang)化的工(gong)件(jian)(jian)特(te)征,確保(bao)即使在(zai)(zai)高(gao)(gao)速運(yun)轉的生產線上,也能(neng)持續提供可靠的目標定(ding)位(wei)信息,引導(dao)機械手完成穩定(ding)、精準、高(gao)(gao)效的抓(zhua)取任務。正是視覺(jue)系統與機械臂之間如同精密(mi)舞蹈般(ban)的無(wu)縫協作(zuo),讓(rang)工(gong)業自動(dong)化更加智(zhi)能(neng)高(gao)(gao)效。