通過HALCON 3D視覺實現(xiàn)機(jī)器人與機(jī)器視覺軟件實現(xiàn)完美交互

西班牙專業(yè)機(jī)器人公司 Tekniker 開發(fā)出一套解決方案，可自動抓取雜亂放置的零件并整齊擺放。其中集成的機(jī)器視覺軟件 MVTec HALCON 利用 3D 視覺技術(shù)可確保精確抓取，由此實現(xiàn)整個流程的自動化，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)行全自動零件抓取是一項重大的技術(shù)挑戰(zhàn)。尤為困難的是，部件傳給機(jī)器人時并不總是井然有序，而是雜亂無章，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 開發(fā)出一款基于機(jī)器視覺的應(yīng)用，使用兩臺機(jī)器人即可實現(xiàn)全自動分揀。該應(yīng)用的一大亮點是 3D 視覺技術(shù)“基于表面的匹配”，它能可靠地識別傳來的部件，實現(xiàn)精確抓取。

機(jī)器視覺 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 為該公司開發(fā)了一套機(jī)器視覺控制的機(jī)器人系統(tǒng)，用于自動進(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專門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)是實現(xiàn)這一流程的端到端自動化，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 自動化和機(jī)器人技術(shù)區(qū)域經(jīng)理 Kepa Laka 解釋說。要實現(xiàn)流程自動化，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，還會產(chǎn)生大量噪音。因此，Tekniker 決定采用基于機(jī)器視覺的解決方案。

系統(tǒng)裝置

系統(tǒng)裝置由兩臺工業(yè)機(jī)器人、一臺 3D 掃描儀、一臺深度相機(jī)、一臺運(yùn)行機(jī)器視覺軟件的 PC 和一個控制單元的 PLC 組成。流程中，先由一臺機(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 視覺工具提供的數(shù)據(jù)計算得出。

此外，HALCON 還會持續(xù)處理來自 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，第二臺機(jī)器人就開始從傳送帶上抓取部件，并在 3D 視覺的幫助下對準(zhǔn)部件，以便將它們整齊分揀到兩個目標(biāo)料箱中。第一臺機(jī)器人停止從進(jìn)料箱拾取部件后，也會“幫助”第二臺機(jī)器人完成任務(wù)。順便一提，作業(yè)速度為 8 秒一個部件。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，我們開發(fā)并集成了 SMARTPICKING 軟件。這款軟件能夠通過分析 3D 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確識別物體。SMARTPICKING 解決方案的核心是機(jī)器視覺軟件 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章的部件，再將拾取點的坐標(biāo)傳送給機(jī)器人，”Tekniker 智能和自動系統(tǒng)部門研究員 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 點云數(shù)據(jù)。使用不同的濾波器和預(yù)處理算子對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理，以改進(jìn)部件的位姿識別。這樣，無論物體表面性質(zhì)如何，都能非常穩(wěn)定可靠地對其進(jìn)行定位。

現(xiàn)在，機(jī)器人就可以準(zhǔn)確無誤地抓取部件。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”其抓取器相對于待抓取物體的準(zhǔn)確位置，即必須將其移動到哪個位置才不會抓空。

3D視覺幫助避免碰撞

在整個拾取和放置工作流程中，必須避免機(jī)械臂與各個物體（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，這樣抓取時一開始就不會發(fā)生碰撞。在此初步選擇的基礎(chǔ)上，軟件會根據(jù)部件高度和方向或抓取點位置等多種決策標(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)行下一次抓取過程。這種可控的順序在取出部件時能夠可靠防止碰撞，從而避免中斷工作流程。軟件還能檢測目標(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。這項技術(shù)使用 3D 掃描儀采集的 3D 點云數(shù)據(jù)。使用不同的濾波器和預(yù)處理算子對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理，以改進(jìn)部件的位姿識別。這樣，無論物體表面性質(zhì)如何，都能非常穩(wěn)定可靠地對其進(jìn)行定位。

現(xiàn)在，機(jī)器人就可以準(zhǔn)確無誤地抓取部件。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”其抓取器相對于待抓取物體的準(zhǔn)確位置，即必須將其移動到哪個位置才不會抓空。

成效:通過 3D 視覺將流程速度提高 100%

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