机器人与机器视觉软件实现完美交互

西班牙专业机器人公司 Tekniker 开发出一套解决方案，可自动抓取杂乱放置的零件并整齐摆放。其中集成的机器视觉软件 MVTec HALCON 利用 3D 视觉技术可确保精确抓取，由此实现整个流程的自动化，加快速度，提高生产效率，进而节约成本。

由机器人进行全自动零件抓取是一项重大的技术挑战。尤为困难的是，部件传给机器人时并不总是井然有序，而是杂乱无章，甚至相互重叠。这意味着仍需频繁人工干预。

西班牙公司 Tekniker 开发出一款基于机器视觉的应用，使用两台机器人即可实现全自动分拣。该应用的一大亮点是 3D 视觉技术“基于表面的匹配”，它能可靠地识别传来的部件，实现精确抓取。

Tekniker 公司总部位于西班牙北部的埃瓦尔，专门从事自动化、工业机器人和传感器等技术解决方案的开发。

西班牙汽车供应商 CIKAUTXO GROUP 是 Tekniker 的客户之一。Tekniker 为该公司开发了一套机器视觉控制的机器人系统，用于自动进行部件码垛。机器人将箱子中杂乱摆放的部件取出，然后将它们整齐地放入一个专门适配部件几何形状的容器，随后即可直接进行生产工作流程的后续加工。

“截至目前，部件的码垛工作都是由人工完成。我们的目标是实现这一流程的端到端自动化，从而加快速度、提高生产效率并节约成本。此外，我们的工人也需要减负，”CIKAUTXO GROUP 自动化和机器人技术区域经理 Kepa Laka 解释说。要实现流程自动化，一种方案是采用机电一体化系统。然而，这种方法的灵活性和可靠性较低，还会产生大量噪音。因此，Tekniker 决定采用基于机器视觉的解决方案。

系统装置由两台工业机器人、一台 3D 扫描仪、一台深度相机、一台运行机器视觉软件的 PC 和一个控制单元的 PLC 组成。流程中，先由一台机器人使用磁性多功能抓取器从进料箱中取出冲压部件，然后将其放置在两条传送带上。两条传送带上的部件达到一定数量后，停止取出。这一数量由深度相机以及 HALCON 中的 2D 和 3D 视觉工具提供的数据计算得出。

此外，HALCON 还会持续处理来自 3D 扫描仪的数据，为机器人提供传送带上最适合抓取的部件的位置和方向。

获得这些数据之后，第二台机器人就开始从传送带上抓取部件，并在 3D 视觉的帮助下对准部件，以便将它们整齐分拣到两个目标料箱中。第一台机器人停止从进料箱拾取部件后，也会“帮助”第二台机器人完成任务。顺便一提，作业速度为 8 秒一个部件。在此流程中，部件必须正面朝上插入目标容器内的导杆，误差为 0.5 毫米。

这套装置的特殊挑战在于，机器人需要精确识别部件在 3D 空间中的位置和方向，才能安全地将其拾起和放下。

“为满足这一要求，我们开发并集成了 SMARTPICKING 软件。这款软件能够通过分析 3D 数据准确识别物体。SMARTPICKING 解决方案的核心是机器视觉软件 MVTec HALCON。它提供的先进算法和工具可精确定位传送带上杂乱无章的部件，再将拾取点的坐标传送给机器人，”Tekniker 智能和自动系统部门研究员 Jorge Molina 介绍道。

在具体操作中，使用经典的 3D 图像处理方法。首先也是最重要的是 HALCON“基于表面的匹配”功能。这项技术使用 3D 扫描仪采集的 3D 点云数据。使用不同的滤波器和预处理算子对数据进行进一步处理，以改进部件的位姿识别。这样，无论物体表面性质如何，都能非常稳定可靠地对其进行定位。现在，机器人就可以准确无误地抓取部件。这套方案适用于工业生产流程中出现的多种不同部件。此外，为了保证抓取流程的安全性，机器人还必须能够在其坐标系中准确确定 3D 相机与相应物体的相对位置。为此，需要借助 MVTec HALCON 的功能进行手眼标定。这种标定对于建立相机、机器人和待抓取部件之间的关系至关重要。只有这样，机器人才能“知道”其抓取器相对于待抓取物体的准确位置，即必须将其移动到哪个位置才不会抓空。