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摘要：工業(yè)機器人是自動化生產(chǎn)線中重要的執(zhí)行裝置，傳感器技術(shù)的不斷進步和使用使得工業(yè)機器人的作用得到了有效提升。其中替代人眼功能的視覺傳感器，可用于為機器人控制器提供視覺信息，實現(xiàn)機器人運行的智能化。本文提出了一種將視覺系統(tǒng)和仿真程序與工業(yè)機器人集成的方法，利用視覺系統(tǒng)檢測目標物體并計算其在機器人工作環(huán)境中的位置。通過并行通信端口將目標對象的信息發(fā)送給機器人控制器，機器人控制器利用提取到的目標信息和仿真程序，控制機器人手臂對目標進行接近、抓取和定位。文章詳細介紹了系統(tǒng)的技術(shù)細節(jié)和集成方法，通過實例驗證了該方法的有效性。

關鍵詞：工業(yè)機器人；視覺系統(tǒng)；智能識別

1研究背景

“中國制造2025”指出，制造業(yè)是國民經(jīng)濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基。十八世紀中葉開啟工業(yè)文明以來，世界強國的興衰史和中華民族的奮斗史一再證明，沒有強大的制造業(yè)，就沒有國家和民族的強盛。打造具有國際競爭力的制造業(yè)，是我國提升綜合國力、保障國家安全、建設世界強國的必由之路。新中國成立尤其是改革開放以來，我國制造業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，建成了門類齊全、獨立完整的產(chǎn)業(yè)體系，有力推動工業(yè)化和現(xiàn)代化進程，顯著增強綜合國力，支撐世界大國地位。然而，與世界先進水平相比，我國制造業(yè)仍然大而不強，在自主創(chuàng)新能力、資源利用效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)水平、信息化程度、質(zhì)量效益等方面差距明顯，轉(zhuǎn)型升級和跨越發(fā)展的任務緊迫而艱巨。隨著科技的進步，制造業(yè)與信息技術(shù)深度融合，各國都在加大科技創(chuàng)新力度，隨著大數(shù)據(jù)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，制造業(yè)的自動化程度不斷提高，工業(yè)機器人在現(xiàn)代制造業(yè)的生產(chǎn)線上得到了廣泛的應用，特別是在精度要求較高、危險程度高、復雜多變的環(huán)境中進行生產(chǎn)作業(yè)，都離不開工業(yè)機器人的協(xié)助。噴漆、焊接、搬運和碼垛等都是工業(yè)機器人在生產(chǎn)制造環(huán)境中的典型應用。如果沒有合適的傳感器，工業(yè)機器人將無法執(zhí)行這些任務，更無法適應復雜多變的生產(chǎn)環(huán)境。視覺在人的感知和認知中占有重要地位，在人們從外部世界獲得的各種信息中有80%來源于視覺。因此將視覺系統(tǒng)與工業(yè)機器人相結(jié)合，將使機器人具備對于外界環(huán)境的適應能力，大大提高其工作效率和準確度[1]。

2研究現(xiàn)狀

視覺傳感器作為機器視覺的來源，是動態(tài)工作環(huán)境中常用的傳感器類型之一。高速處理器以及低成本低功耗相機的應用普及，是視覺傳感器應用快速發(fā)展的主要原因。視覺傳感器可以從圖像中提取相對大量的環(huán)境信息。因此，視覺傳感器被廣泛應用于視覺信息的采集，這提升了機器人對外部環(huán)境的辨識能力。視覺系統(tǒng)一般由以下三部分組成：圖像采集，包括視覺傳感器的選擇（攝像頭）；圖像處理工具，包括圖像處理技術(shù)和計算機程序語言，如Matlab、C語言等；數(shù)據(jù)總線工具，包括實現(xiàn)計算機和機器人控制器之間接口連接的工具，例如USB、并行和串行端口。經(jīng)過多年的探索，許多研究人員已經(jīng)建立了一些基于視覺系統(tǒng)的機器人控制系統(tǒng)。我國研究人員提出的一種新的圖像識別方法，該方法通過改進的霍夫變換對機器人工作空間中的物體進行檢測和識別。在這項研究中，使用機械手來抓取和移動視覺系統(tǒng)檢測到的物體。Muhammedal等人提出了一種基于視覺的控制系統(tǒng)。他們提出的這種圖像處理方法，用于檢測物體的邊緣，然后在圖像中找到質(zhì)心。然而，這些方法還沒有考慮到將視覺系統(tǒng)與工業(yè)機器人控制器進行集成[2]。

3系統(tǒng)設計

機器視覺系統(tǒng)的關鍵是圖像傳感器、圖像處理工具和數(shù)據(jù)總線。本系統(tǒng)采用MI-SU1000C型高速工業(yè)攝像頭作為圖像傳感器。它拍攝的圖像分辨率高達1000萬像素，圖像捕捉的最高速度可達每秒30幀。它通過高速USB接口與上位機相連。在機器人工作環(huán)境中，相機對于機器人的位置有兩種選擇，攝像頭既可以放置在固定位置，在機器人移動時保持靜止，也可以安裝在機器人手臂上跟隨它移動。在本系統(tǒng)中，攝像頭被放置在一個固定的位置，可以看到機器人的工作空間。在本場景中，攝像機坐標系與工作空間坐標系之間的關系是固定的，機器人移動時不發(fā)生變化。因此，相機像平面上的每一點在現(xiàn)實世界中都是一個固定的位置。上位機安裝MATLAB和C++數(shù)據(jù)庫，用于圖像處理。MATLAB圖像庫可以直接用于分析圖像內(nèi)容，獲取目標信息。本系統(tǒng)利用上位機的并行口和串行口向機器人控制器發(fā)送數(shù)字信號[3-4]。

4結(jié)束語

本文通過實驗證明了工業(yè)機器人與視覺系統(tǒng)集成方法的有效性，研究表明，當使用單一顏色的物體時，使用顏色分割方法可以獲得最佳的識別結(jié)果。而使用多種顏色對象時，數(shù)據(jù)庫匹配和表面處理方法可以獲得更好的效果。對于產(chǎn)品的挑選、搬運、包裝和品質(zhì)檢測可以作為系統(tǒng)開發(fā)的一些潛在應用領域。改進視覺系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)將作為該系統(tǒng)的未來研究方向，用以處理工作空間中的移動的對象。在這種情況下，將需要考慮機器人相對于物體的運動速度等問題。

參考文獻：

[2]戴家鵬.工業(yè)機器人在智能制造中的角色[J].Engineering，2018，4(4)：27-39.

[3]王靖宇，王霰禹，張科，等.工業(yè)機器人視覺圖像的質(zhì)量評價方法研究[J].機械科學與技術(shù)，2018，37(4)：575-580.

[4]王友發(fā).面向智能制造的多機器人系統(tǒng)任務分配研究[D].南京：南京大學，2016.

作者：張明奎 單位：淄博職業(yè)學院