工業(yè)機(jī)器人作為我國(guó)工業(yè)發(fā)展的重要支撐，如今在制造和物流等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而3D視覺作為工業(yè)機(jī)器人的“眼睛”，已成為影響工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用和性能的關(guān)鍵因素。本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外的相關(guān)zhuan利文獻(xiàn)檢索，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的3D視覺技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行了介紹。
工業(yè)機(jī)器人作為我國(guó)工業(yè)發(fā)展的重要支撐，如今在制造和物流等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而3D視覺作為工業(yè)機(jī)器人的“眼睛”，已成為影響工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用和性能的關(guān)鍵因素。如何通過(guò)3D視覺控制技術(shù)來(lái)提高工業(yè)機(jī)器人工作的精度、速度及可靠性，已成為國(guó)內(nèi)外關(guān)注的焦點(diǎn)。本文中，筆者將通過(guò)國(guó)內(nèi)外的相關(guān)zhuan利文獻(xiàn)檢索，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的3D視覺技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行介紹。
3D技術(shù)國(guó)外分布狀況
通過(guò)德溫特世界zhuan利數(shù)據(jù)庫(kù)和世界zhuan利文摘數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)截至2018 年2月2日公開的zhuan利文獻(xiàn)進(jìn)行檢索發(fā)現(xiàn)，自1979年美國(guó)通用汽車公司提交的公開號(hào)為US4254433A “視覺運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)”的zhuan利申請(qǐng)之后，涉及工業(yè)機(jī)器人3D視覺控制技術(shù)的zhuan利申請(qǐng)總量為2774項(xiàng)。其中該技術(shù)常用類型有：被動(dòng)3D視覺技術(shù)（分為單目3D、雙目3D和多目3D，分別是用一個(gè)、兩個(gè)或兩個(gè)以上相機(jī)組成立體視覺系統(tǒng)）、通過(guò)相機(jī)捕捉投射的激光圖像實(shí)現(xiàn)立體測(cè)量的激光3D掃描技術(shù)、利用投影機(jī)通過(guò)結(jié)構(gòu)光編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)3D視角重建過(guò)程的結(jié)構(gòu)光3D掃描技術(shù)、通過(guò)LED發(fā)射高頻光信號(hào)，并根據(jù)信號(hào)從發(fā)射到返回的時(shí)間差來(lái)實(shí)現(xiàn)距離測(cè)量的TOF相機(jī)技術(shù)等。其中單目3D視覺技術(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但精度低；而雙目和多目3D視覺技術(shù)精度較高，但算法和結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜；激光3D技術(shù)速度快，但受到激光散斑缺陷的限制，很難達(dá)到較高的精度。同時(shí)結(jié)構(gòu)光3D技術(shù)精度高、速度快，卻無(wú)法用于透明、黑色或強(qiáng)反射表面，TOF相機(jī)技術(shù)速度快、精度較高，但成本又相對(duì)較高。當(dāng)下，被動(dòng)3D、激光3D和結(jié)構(gòu)光3D視覺技術(shù)的發(fā)展較為成熟，并被廣泛應(yīng)用。
精度是衡量工業(yè)機(jī)器人視覺性能的重要指標(biāo)，目前很多提高視覺精度的基礎(chǔ)技術(shù)和核心zhuan利都掌握在日本、美國(guó)等一些大型企業(yè)手中，如日本發(fā)那科公司、美國(guó)康耐視公司等。
發(fā)那科公司在該領(lǐng)域的主要產(chǎn)品是配置在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的工業(yè)機(jī)器人，其所使用的機(jī)器視覺系統(tǒng)包括立體視覺法、結(jié)構(gòu)光法及激光掃描法。其具有代表性的3D視覺系統(tǒng)技術(shù)是公開號(hào)為US6490369B1的zhuan利申請(qǐng)，其存儲(chǔ)有具備ID參數(shù)及鏡頭確定位置信息的方盒模板，它將存儲(chǔ)信息中的變形圖像轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎸?shí)圖像，確定真實(shí)圖像的參數(shù)并與模板參數(shù)比較，使得計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別用于機(jī)器人進(jìn)行先期操作的方盒。此外，其公開號(hào)為EP1584426A1的zhuan利申請(qǐng)，還涉及工具中心點(diǎn)的校準(zhǔn)系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，發(fā)那科公司還于2006年研發(fā)了FANUC iR Vision 3DL視覺系統(tǒng)，該視覺系統(tǒng)由一個(gè)安裝于地面上的3D激光傳感器來(lái)完成視覺數(shù)據(jù)采集，該技術(shù)解決了機(jī)器人抓取毛坯件后，上料定位孔位置變化等問題，可自動(dòng)完成位置變化，實(shí)現(xiàn)高精度上料。
除了提高技術(shù)精度外，安全性也是工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用中一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)。藍(lán)芯科技公司是一家通過(guò)3D視覺技術(shù)來(lái)提高工業(yè)機(jī)器人安全性的公司。
高精度悟空3D相機(jī)是杭州藍(lán)芯科技有限公司針對(duì)近距離場(chǎng)景研發(fā)的高精度深度相機(jī)。非常適合各種機(jī)械臂抓取場(chǎng)景應(yīng)用，公司還可以提供完整的解決方案和SDK。利用3D傳感器來(lái)確定操作人員的行動(dòng)軌跡，避免發(fā)生安全事故，進(jìn)而提供智能保障。
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