淺談視覺系統在機器人自動化裝配過程中的靈活應用

毛文霆

（沈陽新松機器人自動化股份有限公司，遼寧 沈陽110000）

隨著科技的發展，時代的進步，過去都需要人工來完成的工作，逐漸被機器人所替代。但是機器人目前還不能完全替代人力，只能完成一些重復動作比較強的，要想進一步發展，就需要給機器人配備視覺系統來完成一些工作。這樣，機器人與視覺系統的配合應用，在越來越多的行業進行推廣，并日漸成熟完善。

1 視覺系統

視覺系統就是用機器代替人眼來做測量和判斷。視覺系統是指通過機器視覺產品將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號；圖像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據判別的結果來控制現場的設備動作。

機器視覺系統的特點是提高生產的柔性和自動化程度。在一些不適合于人工作業的危險工作環境或人工視覺難以滿足要求的場合，常用機器視覺來替代人工視覺；同時在大批量工業生產過程中，用人工視覺檢查產品質量效率低且精度不高，用機器視覺檢測方法可以大大提高生產效率和生產的自動化程度。而且機器視覺易于實現信息集成，是實現計算機集成制造的基礎技術。可以在最快的生產線上對產品進行測量、引導、檢測、和識別，并能保質保量的完成生產任務。

2 視覺系統與機器人配合應用

視覺系統可實現與機器人的直接通訊，視覺系統和機器人坐標系統的可統一，保證系統的穩定性，并且具備高精度的校正功能。通過視覺系統對零件圖像的采集，經過軟件算法的處理后，可告訴機器人工件所在的位置，從而引導機器人到指定的位置，完成指定的任務工作。由于視覺系統精度高，分辨速度快，正好試用于和機器人配套使用，提高生產效率，提高產品的質量，節省時間。

普遍的視覺系統與機器人應用即為視覺安裝在機器人的手爪上，隨機器人一起移動，并進行裝配，搬運等等工作。但是在一些特殊的場合和工況環境下，安裝在機器人手爪上的視覺在機器人工作的過程中會和周圍的事物發生干涉，嚴重的會撞壞視覺系統，給裝配過程中帶來不便，無法進行安裝，搬運等等作業。出現這樣的情況，一般會選擇將視覺系統從機器人身上分離，另外安裝在其他的地方，保證不會發生干涉，碰撞的現象。但是，此種做法會耽誤機器人的工作時間，還需給視覺系統尋找安裝位置，占用場地等等帶來一系列的不方便情況。但有些時候這兩種視覺系統的安裝方式仍能出現各種各樣的問題。

如：現有國內某3C 行業自動化裝配流水線，就有此問題。此站為機器人自動化擰緊裝配站，配備機器人，手爪上需配有視覺系統，擰緊系統等等。此站工作內容為，機器人先通過手爪上的視覺系統對工件進行定位，在通過兩套擰緊工具進行擰釘裝配作業。如果視覺系統和擰緊工具在同一高度，則在擰緊過程中視覺系統會和工件發生干涉現象，會導致撞壞視覺系統；如果視覺系統高于擰緊工具，則視覺系統拍照的高度太大，從而導致信息采集圖像不準確，影響位置精度，無法精確引導機器人到正確位置，最終擰緊系統無法對正螺釘孔，無法進行擰釘作業。同時由于擰緊系統的線纜太硬太長，機器人6 軸無法進行旋轉換位動作，導致視覺系統無法與擰緊工具進行分開布置，種種問題的矛盾導致此站功能無法實現。

想解決如上的問題，就要避免視覺系統在機器人工作時與其他干涉現象。

現在提出新的解決方案即是，打破傳統的視覺系統必須固定不動的觀念，將視覺系統做成伸縮移動的，即可解決如上的問題。如下圖所示：

將兩套擰緊系統固定在手爪的兩側，視覺系統布置在手爪的中間，以氣缸作為驅動的動力，將視覺系統固定在導軌的一端，通過氣缸驅動導軌帶動視覺在滑塊上進行伸縮移動。在機器人需要視覺進行拍照作業進行位置判斷時，氣缸伸出，將視覺系統高度下降到一定的位置，機器人進行移動到指定位置進行拍照，在拍照完成后，氣缸收縮，將視覺系統收回，縮回到不會與工件發生干涉的位置后，機器人再移動到指定的位置，對零件進行擰釘裝配的工作。

此種方法既解決了視覺系統與工件的干涉問題，又能減少機器人的其他多余動作，減少浪費的動作時間，提高生產效率，保證產品質量。但是此種方法打破了以往視覺系統固定的方式，也打破了過去都是導軌固定，滑塊移動的運動方式，設計理念要保證系統的可行性，又要保證機器人手爪的質量，所以在設計此方案的時候，有很多的注意事項。

3 伸縮移動視覺的注意事項

3.1 視覺系統拍照是有一定的高度距離要求的

視覺系統拍照需要光源配合，移動到適當的高度才能進行拍照判定，所以在設計過程中要注意視覺的伸縮距離，不能太長，也不能太短，需要根據實際情況進行氣缸的行程選擇。

3.2 視覺系統拍照要求拍照過程要穩定

傳統的固定視覺方式就是要保證視覺系統的穩定性，所以才要將視覺系統固定不變。要想做成移動的視覺，就必須保證視覺系統的穩定性，在視覺系統拍照前，氣缸必須已經伸出到位，并且固定此位置不在發生移動。在結構件設計過程中，也要對固定視覺的各個結構件要進行打銷子固定連接，保證各個結構件的位置固定準確，不會在機器人動作過程中發生位置偏移。

3.3 視覺系統選擇光源時要注意

視覺系統除了鏡頭，相機外還需要光源進行照明，這樣才能保證光線始終不變穩定，保證拍攝的質量。在移動伸縮視覺系統中，光源要隨著鏡頭和相機一起移動，所以光源要盡量選擇重量要輕些的，體積要小的，固定結構件也要設計的固定緊湊些。

3.4 伸縮移動的視覺系統要注意線纜

視覺系統需要傳遞信號，就得通過電纜。過去傳統的固定視覺的方式，可以不擔心此問題，線纜都是固定位置的。但要做成移動的視覺系統，必須注意線纜的安裝固定及走線問題，保證視覺在移動過程中線纜不會與其他的結構件發生干涉。同時也要預留線纜的長度，避免線纜的長度不夠。

3.5 氣缸要注意選型

作為伸縮移動視覺系統動力的氣缸，在選擇型號時，一定要注意選擇的型號盡量要小巧些，不要太大，整體質量要選擇小些的，氣缸的行程也不要太大或者太小，既能保證視覺系統在伸出是滿足拍照高度，又能保證在縮回時能夠躲開工件不干涉。

3.6 伸縮移動的視覺系統要注意機器人的負載重量

視覺系統與機器人想配合使用，機器人是有負載的條件限制的。過去傳統的固定視覺的方法不會有太多的結構件，不會占用機器人的負載，但是移動的視覺系統會有驅動的氣缸，導軌以及其他的很多結構件，這些結構件即便是使用鋁合金，也是要具有一定重量的，在加上氣缸和導軌等等，所以在設計的過程中要考慮好機器人的整體負載情況。

以上設計理念和方法僅供參考，畢竟在不同的領域，不同的行業里，還會出現其他新的問題。

隨著視覺系統與機器人配合在各行各業的推廣應用，會發生越來越多的各個問題，這些問題在使用傳統的方式方法已經遠遠不夠，需要我們打破常規，具有創新精神，開拓更多的使用方法。在標新立異的同時，也要注意一些隨之出現的問題。尊崇傳承經驗，學習先進技術，開拓全新視角，勇攀更高山峰。