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工業機器人智能發展:視覺和觸覺感應簡化任務

http://www.kadhoai.com.cn 2026-04-07 14:00:08 來源:設計創新

     機器人工業協會(Robotic Industries Association)指出,從2003到2005年間,北美機器人工業以20%的de平ping均jun年nian增zeng長chang率lv發fa展zhan。在zai汽qi車che市shi場chang需xu求qiu疲pi軟ruan以yi及ji外wai國guo廠chang商shang的de壓ya力li不bu斷duan增zeng加jia的de背bei景jing下xia,這zhe一yi成cheng就jiu是shi如ru何he取qu得de的de?成cheng本ben的de普pu遍bian降jiang低di是shi原yuan因yin之zhi一yi。從cong機ji器qi人ren到dao整zheng套tao係xi統tong,價jia格ge都dou在zai不bu斷duan降jiang低di。機ji器qi人ren性xing能neng的de不bu斷duan改gai進jin也ye是shi驅qu動dong這zhe一yi強qiang勢shi增zeng長chang的de原yuan因yin之zhi一yi。現xian在zai的de機ji器qi人ren可ke以yi執zhi行xing很hen多duo幾ji年nian前qian還hai無wu法fa執zhi行xing的de任ren務wu。機ji器qi人ren還hai能neng在zai更geng短duan的de時shi間jian完wan成cheng更geng多duo的de事shi情qing,提ti供gong了le更geng高gao的de生sheng產chan力li水shui平ping。
  
   最重要的原因則應該是機器人智能的不斷改進。從機器人問世到現在,在決定部件獲取、檢查自身組件就位狀況、檢測錯誤狀態或相關因素上的智能經曆了數個發展等級。這樣的智能大多是基於用來檢測某個特定狀態的特定傳感器而實現的。
比如,機器人會用“光電眼”,通過識別某個芯片管腳、製動器或其它部件是否就緒來判定是否存在並處於正確的方向。接著,這個“光電眼”連接PLC或者直接連到機器人控製器中。在恰當的時間,機器人會核查“光電眼”來確定某個部件就位並處於正確的方向,然後才會將之摘取或者進行其它操作。
  
   使用“光電眼”或(huo)者(zhe)類(lei)似(si)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)一(yi)個(ge)簡(jian)單(dan)而(er)可(ke)靠(kao)的(de)途(tu)徑(jing),也(ye)是(shi)正(zheng)確(que)的(de)選(xuan)擇(ze)。但(dan)是(shi),自(zi)動(dong)化(hua)並(bing)不(bu)總(zong)是(shi)那(na)麼(me)簡(jian)單(dan)。有(you)各(ge)種(zhong)類(lei)型(xing)的(de)部(bu)件(jian)需(xu)要(yao)處(chu)理(li),因(yin)此(ci)區(qu)分(fen)部(bu)件(jian)的(de)方(fang)法(fa)可(ke)能(neng)更(geng)為(wei)複(fu)雜(za)。
  
   不bu管guan是shi部bu件jian是shi製zhi造zao程cheng序xu,簡jian單dan的de傳chuan送song器qi都dou無wu法fa適shi用yong。比bi如ru,放fang在zai由you滑hua托tuo板ban隔ge成cheng數shu層ceng的de箱xiang櫃gui中zhong的de部bu件jian,一yi般ban就jiu用yong於yu金jin屬shu部bu件jian。而er擁yong有you複fu雜za幾ji何he構gou造zao的de部bu件jian,如ru果guo沒mei有you額e外wai的de裝zhuang置zhi,就jiu很hen難nan準zhun確que定ding位wei。
  
   二維視覺定位
  
   changqiyilai,youyuwufazhaodaoheshidefangfalaichulizhexiefuzashixiang,mouxiexingyelijiqirendeshiyongzongshiwufakuoda。zuijinzhezhongzhuangkuangzhongyuyousuogaiguanle。qizhongzuoyongzuidadejishujiushishuangweishijiaoxitong。qingdengluzidonghuachengxianglianmeng(Automated Imaging Association)網站獲取關於此技術的更多信息。
  
   2Dshijiaoxitongyoubiaozhunxingyeshexiangjigoucheng,yonglaipaishezhaopianyigongjiqirenjinxingfenxibingcongerjuedingchulinaxiebujian。gongyeshijiaoxitonglishibingbuchang,danxianzaizaijiage、性能和可靠性上已經發展到可以用於一些應用中,而僅僅幾年前這些應用都還是無法實現的。
  
   使(shi)用(yong)視(shi)覺(jiao)係(xi)統(tong)可(ke)以(yi)協(xie)助(zhu)機(ji)器(qi)人(ren)來(lai)摘(zhai)取(qu)放(fang)置(zhi)於(yu)由(you)標(biao)準(zhun)滑(hua)托(tuo)板(ban)隔(ge)成(cheng)數(shu)層(ceng)的(de)箱(xiang)櫃(gui)中(zhong)的(de)部(bu)件(jian)。這(zhe)是(shi)將(jiang)部(bu)件(jian)從(cong)一(yi)個(ge)車(che)間(jian)傳(chuan)到(dao)另(ling)一(yi)個(ge)車(che)間(jian)甚(shen)至(zhi)在(zai)同(tong)一(yi)個(ge)車(che)間(jian)內(nei)進(jin)行(xing)傳(chuan)送(song)的(de)通(tong)用(yong)方(fang)法(fa)。如(ru)果(guo)沒(mei)有(you)視(shi)覺(jiao)係(xi)統(tong),製(zhi)造(zao)商(shang)就(jiu)必(bi)須(xu)使(shi)用(yong)相(xiang)對(dui)較(jiao)貴(gui)的(de)成(cheng)形(xing)塑(su)料(liao)墊(dian)料(liao)或(huo)者(zhe)通(tong)過(guo)其(qi)它(ta)方(fang)法(fa)來(lai)準(zhun)確(que)摘(zhai)取(qu)箱(xiang)內(nei)的(de)部(bu)件(jian)。這(zhe)種(zhong)能(neng)置(zhi)於(yu)箱(xiang)櫃(gui)中(zhong)的(de)成(cheng)形(xing)塑(su)料(liao)墊(dian)料(liao)相(xiang)對(dui)更(geng)昂(ang)貴(gui)一(yi)些(xie),其(qi)中(zhong)光(guang)是(shi)模(mo)具(ju)的(de)設(she)計(ji)和(he)製(zhi)造(zao)就(jiu)需(xu)要(yao)6萬到10萬美元。
  
   2D視(shi)覺(jiao)係(xi)統(tong)可(ke)以(yi)很(hen)好(hao)地(di)取(qu)代(dai)成(cheng)形(xing)墊(dian)料(liao)或(huo)者(zhe)其(qi)它(ta)更(geng)昂(ang)貴(gui)的(de)方(fang)式(shi)來(lai)定(ding)位(wei)箱(xiang)櫃(gui)中(zhong)的(de)部(bu)件(jian)。不(bu)過(guo)直(zhi)到(dao)最(zui)近(jin)幾(ji)年(nian),仍(reng)然(ran)有(you)一(yi)些(xie)原(yuan)因(yin)使(shi)得(de)視(shi)覺(jiao)係(xi)統(tong)的(de)使(shi)用(yong)苦(ku)難(nan)重(zhong)重(zhong),包(bao)括(kuo)不(bu)同(tong)批(pi)部(bu)件(jian)顏(yan)色(se)的(de)差(cha)異(yi)、箱櫃具體狀況的差異和重複使用的隔板上的記號等等。隨著視覺技術的不斷發展,這些問題現在都可以很好地解決了。現在的2D視覺係統已經可以定位大多數堆疊於箱櫃內部隔板頂層的部件。
  
   這zhe種zhong應ying用yong一yi般ban的de方fang法fa就jiu是shi使shi用yong一yi個ge安an裝zhuang在zai箱xiang櫃gui上shang的de攝she像xiang機ji來lai定ding位wei部bu件jian。攝she像xiang機ji安an裝zhuang在zai足zu夠gou的de高gao度du,因yin此ci機ji器qi人ren可ke以yi在zai攝she像xiang機ji底di下xia移yi動dong並bing進jin入ru箱xiang櫃gui內nei部bu。在zai每mei一yi層ceng的de起qi點dian,機ji器qi人ren對dui會hui對dui攝she像xiang機ji發fa來lai的de該gai層ceng部bu件jian的de圖tu片pian進jin行xing分fen析xi,然ran後hou逐zhu個ge定ding位wei。
  
   ruguoxuyaogengjingquededingwei,yekeyijiangshexiangjianzhuangzaijiqirenshang,youjiqirenjiangshexiangjiyidongdaoyigehuoyizubujianshangduanbingpaizhao,ranhoujiangzhaopianchuanhuigeijiqirenjinxingfenxibingdingwei。dangmouyicengshangsuoyoubujiandoubeiquzouzhihou,jiqirenhuiqudiaogeban,bingkaishizhaiquxiayicengdebujian。
  
   不(bu)管(guan)是(shi)將(jiang)攝(she)像(xiang)機(ji)固(gu)定(ding),還(hai)是(shi)安(an)裝(zhuang)在(zai)機(ji)器(qi)人(ren)上(shang),所(suo)增(zeng)加(jia)的(de)成(cheng)本(ben)都(dou)比(bi)使(shi)用(yong)一(yi)個(ge)特(te)別(bie)的(de)墊(dian)料(liao)或(huo)者(zhe)其(qi)它(ta)方(fang)法(fa)來(lai)定(ding)位(wei)部(bu)件(jian)的(de)成(cheng)本(ben)要(yao)低(di)得(de)多(duo)。視(shi)覺(jiao)係(xi)統(tong)還(hai)能(neng)帶(dai)來(lai)更(geng)高(gao)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing),以(yi)處(chu)理(li)同(tong)一(yi)條(tiao)線(xian)上(shang)的(de)不(bu)同(tong)部(bu)件(jian),或(huo)者(zhe)適(shi)應(ying)部(bu)件(jian)的(de)更(geng)替(ti)。由(you)於(yu)成(cheng)本(ben)上(shang)的(de)原(yuan)因(yin),這(zhe)樣(yang)的(de)自(zi)動(dong)疊(die)板(ban)卸(xie)垛(duo)在(zai)幾(ji)年(nian)前(qian)根(gen)本(ben)無(wu)法(fa)實(shi)現(xian),而(er)現(xian)在(zai),有(you)了(le)視(shi)覺(jiao)係(xi)統(tong),機(ji)器(qi)人(ren)方(fang)案(an)可(ke)行(xing)了(le),也(ye)可(ke)以(yi)負(fu)擔(dan)得(de)起(qi)了(le)。 
    視覺係統給機器人使用帶來的另外一個益處,是降低了用來將部件呈送給機器人的傳送器的成本。在使用2D視覺係統之前,很多部件都必須在由托板傳送器傳送的固定托板上定位。即便是簡單的托板傳送器成本也要3萬美金,而且成本還會隨著傳送器傳送距離的增長而提高。有了2Dshijiaojishu,bujiankeyizaixiangduibianyidedaishichuansongqishangjinxingchuansong。beicaozuoyuanhuozhejiqirenfangdaochuansongqishangdebujianjiezhehuibeichuansonggeijiqiren。danganzhuangyuchuansongqimoduandeyigeshexiangjijiancedaomougebujianyibeichuansongdaomoduanshi,chuansongqihuimashangtingzhi。shexiangjihaihuiduibujianjinxingdingwei,yixiezhujiqirenjiangzhizhaiqu。
  
   和用來在箱櫃中從隔板上取走部件一樣,視覺係統在傳送帶上也可以協助機器人準確定位並摘取大多數部件。
  
   對定位同一平麵放置的部件,2D視(shi)覺(jiao)係(xi)統(tong)是(shi)完(wan)美(mei)的(de),但(dan)它(ta)也(ye)不(bu)是(shi)萬(wan)能(neng)的(de)。在(zai)過(guo)去(qu)幾(ji)年(nian)裏(li),已(yi)經(jing)有(you)三(san)維(wei)視(shi)覺(jiao)係(xi)統(tong)可(ke)以(yi)用(yong)來(lai)定(ding)位(wei)不(bu)在(zai)一(yi)個(ge)平(ping)麵(mian)上(shang)的(de)部(bu)件(jian)。比(bi)如(ru),這(zhe)些(xie)部(bu)件(jian)可(ke)能(neng)是(shi)彼(bi)此(ci)層(ceng)疊(die)的(de),但(dan)也(ye)可(ke)能(neng)隨(sui)著(zhe)部(bu)件(jian)的(de)疊(die)起(qi)而(er)兩(liang)端(duan)換(huan)位(wei)。此(ci)時(shi)2D圖像就不能提供足夠的信息來處理這種位移了。
  
   一個已經在實際使用中得到證明的簡單方法是,在2D攝像機的基礎上再結合激光器光帶。在箱櫃頂部安裝2D攝she像xiang機ji對dui部bu件jian進jin行xing大da致zhi定ding位wei,並bing確que認ren下xia一yi個ge要yao選xuan擇ze的de部bu件jian。然ran後hou在zai機ji器qi人ren上shang安an裝zhuang另ling一yi個ge攝she像xiang機ji,並bing結jie合he激ji光guang器qi。機ji器qi人ren移yi動dong激ji光guang器qi和he攝she像xiang機ji到dao另ling一yi個ge部bu件jian上shang方fang,接jie著zhe,激ji光guang器qi會hui將jiang附fu加jia準zhun心xin對dui準zhun部bu件jian上shang的de某mou個ge目mu標biao。部bu件jian上shang的de這zhe個ge目mu標biao可ke以yi是shi一yi條tiao邊bian、一個圓或者其它明顯標誌。通過簡單的三角測量,攝像機就可以立體定位部件的位置和方向。
  
   最高端的應用是利用3D視覺係統來定位箱櫃中任意方向的部件,但這顯然困難重重,比如,部件有可能彼此混雜在一起,而且,還要避開箱櫃壁。
  
   觸覺響應
  
   盡管視覺係統是機器人智能傳感器最通用的方法,卻不是唯一的方法。還有一種6度(du)隨(sui)意(yi)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)用(yong)來(lai)給(gei)機(ji)器(qi)人(ren)提(ti)供(gong)觸(chu)覺(jiao)響(xiang)應(ying)。在(zai)要(yao)求(qiu)高(gao)精(jing)度(du)的(de)組(zu)裝(zhuang)中(zhong),力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)就(jiu)會(hui)被(bei)用(yong)來(lai)引(yin)導(dao)力(li)度(du)合(he)適(shi)的(de)部(bu)件(jian)進(jin)行(xing)插(cha)入(ru)操(cao)作(zuo),比(bi)如(ru),將(jiang)軸(zhou)狀(zhuang)物(wu)插(cha)入(ru)到(dao)某(mou)個(ge)孔(kong)中(zhong)。帶(dai)有(you)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)機(ji)器(qi)人(ren)還(hai)可(ke)以(yi)用(yong)於(yu)更(geng)複(fu)雜(za)的(de)組(zu)裝(zhuang)任(ren)務(wu),比(bi)如(ru)將(jiang)裝(zhuang)置(zhi)插(cha)入(ru)到(dao)外(wai)殼(ke)。這(zhe)個(ge)過(guo)程(cheng)需(xu)要(yao)非(fei)常(chang)準(zhun)確(que),並(bing)要(yao)經(jing)過(guo)很(hen)多(duo)個(ge)步(bu)驟(zhou)。經(jing)過(guo)編(bian)程(cheng)的(de)機(ji)器(qi)人(ren)可(ke)以(yi)像(xiang)真(zhen)正(zheng)的(de)人(ren)一(yi)樣(yang),前(qian)後(hou)移(yi)動(dong)裝(zhuang)置(zhi),直(zhi)到(dao)每(mei)一(yi)個(ge)步(bu)驟(zhou)都(dou)完(wan)全(quan)符(fu)合(he)。
  
  zaiduiyigefuzadebujianjinxingmoguangshiyekeyishiyonglichuanganqilaitigongchujiaoxiangying。yiqianzheshiyoutedingdeshebeilaijinxingde,danshizhexieshebeikenengwufadadaosuoyaoqiudejingquedu。geijiqirentianjia6D力傳感器,然後加上一個磨盤,機器人就可以在方向改變的情況下仍保持一個不變的力度,抵消了重力影響。
  
   今後的方案
  
   智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)技(ji)術(shu)在(zai)各(ge)種(zhong)領(ling)域(yu)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)成(cheng)功(gong)運(yun)用(yong)中(zhong)起(qi)著(zhe)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)作(zuo)用(yong)。隨(sui)著(zhe)智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)技(ji)術(shu)的(de)繼(ji)續(xu)發(fa)展(zhan),機(ji)器(qi)人(ren)在(zai)將(jiang)來(lai)將(jiang)擁(yong)有(you)更(geng)多(duo)功(gong)能(neng)。盡(jin)管(guan)在(zai)進(jin)行(xing)極(ji)其(qi)複(fu)雜(za)的(de)區(qu)別(bie)上(shang)沒(mei)有(you)什(shen)麼(me)可(ke)以(yi)替(ti)代(dai)人(ren)腦(nao)這(zhe)台(tai)超(chao)級(ji)電(dian)腦(nao),但(dan)過(guo)去(qu)那(na)些(xie)曾(zeng)被(bei)認(ren)為(wei)不(bu)可(ke)能(neng)的(de)應(ying)用(yong)現(xian)在(zai)對(dui)於(yu)智(zhi)能(neng)機(ji)器(qi)人(ren)已(yi)經(jing)是(shi)“家常便飯”了。
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