因(yin)為隨著其處(chu)(chu)理能力的提高(gao)，處(chu)(chu)理器和存儲器的費(fei)用不(bu)斷降低，編程員可以做更多(duo)的工(gong)作(zuo)，不(bu)僅是(shi)(shi)拍攝一幅圖(tu)像，還可以將其與相應(ying)的參考(kao)模型進行對比，而早期的大部分2D視覺圖(tu)像就是(shi)(shi)建立在(zai)這(zhe)一技術基礎之上(shang)。

視覺系統的發展
機(ji)器人視(shi)覺系統早(zao)應用于(yu)汽車(che)(che)生產線的成套車(che)(che)體(ti)生產機(ji)器人上(shang)。如果沒有視(shi)覺系統，需要采用特殊的工(gong)具在車(che)(che)體(ti)上(shang)加(jia)工(gong)孔徑，以便使機(ji)器人能夠知道車(che)(che)體(ti)的具體(ti)位置。

然而在視覺攝像系統開發以后，就再也不需要這類昂貴的加工工具了。
機器人能夠自動地確定車體的確切位置，然后通過數學方式計算出這四個孔徑的位置。
 

Fanuc公司的Roney先(xian)生進一步解釋說：“從很(hen)早的時候(hou)開始，我們就(jiu)認識到采(cai)用視覺系統(tong)是降低工(gong)具(ju)成本的一種很(hen)好的方法(fa)。加工(gong)工(gong)具(ju)是非常昂(ang)貴(gui)的，而且是固定不變的。如果制造商需要在(zai)第二年改變車型，那(nei)么必須更新(xin)全部工(gong)具(ju)。”按照(zhao)Roney先(xian)生的說法(fa)，在(zai)采(cai)用視覺技術以后，汽車制造商可以在(zai)模具(ju)和夾(jia)具(ju)制造方面每年節(jie)約幾(ji)百萬美元的資金。

視覺系統的工作原理
視覺系統(tong)采用運(yun)算(suan)技(ji)術(shu)來識別圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)，然(ran)后(hou)(hou)通(tong)過培(pei)訓，教會機(ji)器(qi)人識別事物并尋(xun)找所需要(yao)的(de)東西。圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)建立(li)在大量的(de)像(xiang)(xiang)(xiang)素數據(ju)基礎之上(shang)，系列中的(de)每一(yi)個像(xiang)(xiang)(xiang)素都(dou)有一(yi)個灰度等級，然(ran)后(hou)(hou)通(tong)過運(yun)算(suan)技(ji)術(shu)分析數據(ju)。

機器人可以判(pan)斷出(chu)圖像(xiang)的拍(pai)攝(she)位(wei)置(zhi)，因此能夠識別物體所處的位(wei)置(zhi)，然后判(pan)斷其相(xiang)應的尺寸、形狀和質量；也可以根據圖像(xiang)和運算法(fa)則更改(gai)程序(xu)，例如，不同大(da)小的零件可以采(cai)用不同的路徑，零件A將在零件B應該落(luo)下的地方掉落(luo)。

坐落在(zai)Mich州Lansing鎮的(de)ApturaMachine Visioning公司的(de)總裁(cai)DavidDechow先生解釋(shi)說：“帶(dai)有視覺系統的(de)機器人，終將能夠在(zai)任(ren)(ren)何(he)(he)方(fang)向上操縱任(ren)(ren)何(he)(he)類型(xing)的(de)零(ling)件。

”采用隨機附帶的攝像系統或遙控攝像機，可以獲取一個物體的快速拍攝圖像并找到該物體與機器人的相對位置。
Ind州Ft.Wayne市GuideEngineering公司的控制工(gong)程師(shi)JeremyPennington先生說：“然后，該FANUC機(ji)器人(ren)可以(yi)利用這(zhe)一位置(zhi)數據來確定該物體所(suo)處(chu)的位置(zhi)，無論(lun)將機(ji)器人(ren)移(yi)動到(dao)什么位置(zhi)都可以(yi)實(shi)現。”

3D視覺系統的應用
3D視覺系(xi)統可(ke)以應(ying)用于很多(duo)領(ling)域，其中(zhong)在容(rong)器中(zhong)揀取(qu)零(ling)件、機床上的(de)工(gong)件裝(zhuang)卸以及包裝(zhuang)和焊接領(ling)域中(zhong)的(de)應(ying)用已經取(qu)得了理想的(de)成效。

1.應用于容器中的零件揀取
至今(jin)為(wei)(wei)止(zhi)，機器(qi)(qi)(qi)(qi)人主要(yao)(yao)(yao)應用(yong)于(yu)揀(jian)取(qu)(qu)容(rong)(rong)器(qi)(qi)(qi)(qi)中任意堆放的(de)(de)(de)(de)零(ling)(ling)件(jian)。達到這(zhe)(zhe)(zhe)一目的(de)(de)(de)(de)需(xu)(xu)要(yao)(yao)(yao)滿足(zu)三個基本要(yao)(yao)(yao)素(su)：視覺系(xi)(xi)統、容(rong)(rong)器(qi)(qi)(qi)(qi)防(fang)碰(peng)撞以及防(fang)碰(peng)撞監(jian)測系(xi)(xi)統。需(xu)(xu)要(yao)(yao)(yao)視覺系(xi)(xi)統，這(zhe)(zhe)(zhe)是(shi)毋庸置疑的(de)(de)(de)(de)事情，因為(wei)(wei)首先需(xu)(xu)要(yao)(yao)(yao)找到零(ling)(ling)件(jian)究竟在什么地(di)方(fang)。然而(er)，只依靠容(rong)(rong)器(qi)(qi)(qi)(qi)壁(bi)進(jin)行檢測具(ju)有一定(ding)的(de)(de)(de)(de)局(ju)限性，因為(wei)(wei)機器(qi)(qi)(qi)(qi)人的(de)(de)(de)(de)手(shou)爪還(huan)將進(jin)一步深入到容(rong)(rong)器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)底(di)部，因此零(ling)(ling)件(jian)的(de)(de)(de)(de)揀(jian)取(qu)(qu)將會(hui)越來越困難。在容(rong)(rong)器(qi)(qi)(qi)(qi)中揀(jian)取(qu)(qu)零(ling)(ling)件(jian)所(suo)使(shi)用(yong)的(de)(de)(de)(de)造型方(fang)式完(wan)夠(gou)理解(jie)零(ling)(ling)件(jian)的(de)(de)(de)(de)揀(jian)取(qu)(qu)工具(ju)、傳感器(qi)(qi)(qi)(qi)和(he)機械手(shou)臂本身的(de)(de)(de)(de)局(ju)限性。在這(zhe)(zhe)(zhe)樣(yang)的(de)(de)(de)(de)工作條件(jian)下，一旦當零(ling)(ling)件(jian)的(de)(de)(de)(de)位置被確定(ding)以后，機器(qi)(qi)(qi)(qi)人就開始進(jin)行自動(dong)運算，確定(ding)其是(shi)否真的(de)(de)(de)(de)能夠(gou)從容(rong)(rong)器(qi)(qi)(qi)(qi)中揀(jian)取(qu)(qu)這(zhe)(zhe)(zhe)一零(ling)(ling)件(jian)。第三個要(yao)(yao)(yao)素(su)就是(shi)防(fang)碰(peng)撞檢測。終(zhong)，機械手(shou)必然會(hui)觸(chu)及到容(rong)(rong)器(qi)(qi)(qi)(qi)壁(bi)，因此它需(xu)(xu)要(yao)(yao)(yao)區分究竟是(shi)屬于(yu)軟接觸(chu)還(huan)是(shi)硬接觸(chu)，如(ru)果(guo)是(shi)硬接觸(chu)可能會(hui)損壞機器(qi)(qi)(qi)(qi)人系(xi)(xi)統。

Fanuc公(gong)司的Roney先(xian)生說(shuo)：“我們應用機器人在(zai)容器中結構(gou)性和(he)任意性揀取(qu)零件(jian)方面(mian)已獲得了巨大成功。”所謂結構(gou)性揀取(qu)零件(jian)是(shi)指容器中的每一(yi)個零件(jian)都是(shi)正面(mian)朝上的，而(er)任意性揀取(qu)零件(jian)是(shi)指零件(jian)在(zai)容器中是(shi)任意堆放的。Roney先(xian)生認為，后一(yi)種零件(jian)揀取(qu)方式更具有挑戰性，但(dan)如(ru)果具備上述三大要素(su)（視(shi)覺(jue)系(xi)統(tong)(tong)、容器防碰(peng)撞和(he)防碰(peng)撞檢(jian)測系(xi)統(tong)(tong)），那么一(yi)切皆可能實現。

2.應用于機床上的工件裝卸
Ellison Technologies公司的Burg先生說：“在許多應用領域中，在揀取零件以后，直接將其安裝到機床上進行加工。在大部分情況下，該機床的夾具系統不允許機器人的零件安裝位置出現任何差錯。”因此，零件的就位對零件的夾緊系統來說是非常關鍵的。
機器人能夠確定圖像拍攝的位置，因此能夠識別物體所處的位置，然后對該物體的大小、類型和質量作出相應的判斷。
如果沒有上述這些功(gong)能(neng)(neng)，那(nei)么機床(chuang)將(jiang)可能(neng)(neng)發生損失慘重的故(gu)障(zhang)。因此，采用視覺(jue)技術有利(li)于零件的正確定(ding)位。

3.應用于包裝領域
視覺技術對(dui)包(bao)裝(zhuang)應用領域(yu)也是十(shi)分(fen)關(guan)鍵的(de)(de)。例如食(shi)品(pin)往(wang)(wang)往(wang)(wang)需要(yao)通過(guo)輸(shu)送機(ji)或滑塊裝(zhuang)置輸(shu)送到食(shi)品(pin)揀(jian)取(qu)區域(yu)，因此不存在重復定位的(de)(de)問題。但事實(shi)上，由于食(shi)品(pin)處(chu)在不同的(de)(de)位置上，因此需要(yao)有一個重新(xin)調整方向和(he)揀(jian)取(qu)的(de)(de)過(guo)程，然后將(jiang)其放(fang)入到包(bao)裝(zhuang)箱中。而(er)視覺系統能夠幫助機(ji)器人(ren)找到相應的(de)(de)食(shi)品(pin)，并根據要(yao)求完(wan)成(cheng)包(bao)裝(zhuang)任務。

4.應用于焊接領域
在進行焊接的時候，機器人可以利用視覺系統，以適應兩個焊接元件之間的微妙變化。即使在點焊應用領域，也可利用視覺技術校正誤差。

系統在實際中的應用
Ellison Technologies Automation公(gong)司安裝(zhuang)了一(yi)(yi)(yi)套帶有3D視覺技術的(de)(de)機(ji)器(qi)人(ren)(ren)系統，用(yong)于處理板材。該板材由初的(de)(de)板條切割而成，然后落入到一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)桶(tong)里，再(zai)輸送到一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)裝(zhuang)有機(ji)器(qi)人(ren)(ren)的(de)(de)工作(zuo)室內(nei)，利(li)用(yong)焊(han)接技術，在板材上敷焊(han)一(yi)(yi)(yi)層(ceng)硬質(zhi)材料，使(shi)其具有較長的(de)(de)使(shi)用(yong)壽命。

Burg先(xian)生(sheng)(sheng)解釋說(shuo)：“焊接(jie)工(gong)藝(yi)可(ke)能(neng)會(hui)污染夾鉗(qian)。如果夾鉗(qian)碰到新的(de)(de)零件(jian)，那么這個(ge)零件(jian)就會(hui)受到污染。”在采(cai)用視覺(jue)技術前，不(bu)得不(bu)采(cai)用手工(gong)的(de)(de)方式進行(xing)(xing)必要的(de)(de)調(diao)節。現在，每(mei)一個(ge)零件(jian)上(shang)的(de)(de)各個(ge)位置都(dou)可(ke)以進行(xing)(xing)驗證。“該(gai)技術允許(xu)機器人通過3D攝像系統來顯示整個(ge)零件(jian)的(de)(de)狀況，”Burg先(xian)生(sheng)(sheng)繼續說(shuo)，“它允許(xu)在沒有(you)人工(gong)干預的(de)(de)情(qing)況下操作運行(xing)(xing)。”

在采用視覺技術(shu)之前的10年時(shi)間里，該公司擁有4套(tao)Fanuc機器人(ren)系統，至(zhi)少有一套(tao)機器人(ren)系統經常(chang)需要(yao)人(ren)工進行調節。現在，該公司只需要(yao)3套(tao)機器人(ren)系統，就能(neng)完成同樣(yang)的工作(zuo)量，而且很(hen)少需要(yao)進行人(ren)工干(gan)預。

3D視覺系統的未來
在生產成本進一步降低和采用更強大系統的情況下，未來的機器人3D視覺系統將會發生什么樣的變化呢？
Fanuc公司的(de)(de)Roney先生回答說：“可(ke)能將會進入到更令人(ren)感興趣的(de)(de)所(suo)謂視(shi)覺(jue)伺服(fu)系(xi)統(tong)。到目(mu)前為止(zhi)，我們所(suo)考慮(lv)應(ying)用的(de)(de)視(shi)覺(jue)系(xi)統(tong)只通過某一個點(dian)(dian)來及時尋找一個物(wu)體。”然而，零件(jian)往(wang)往(wang)處于運動狀態，此時，采(cai)用單點(dian)(dian)準時快(kuai)速攝像可(ke)能效果不佳；而采(cai)用視(shi)覺(jue)伺服(fu)系(xi)統(tong)可(ke)以(yi)繼續獲得有關物(wu)體位置的(de)(de)多種信息。這(zhe)一系(xi)統(tong)允許機器人(ren)進行導(dao)向工作，時刻了解該物(wu)體所(suo)處的(de)(de)位置。

Roney先生建議(yi)說(shuo)：“這一系統遲早會在(zai)組(zu)裝生產(chan)線上得到(dao)(dao)應用(yong)(yong)，因為在(zai)組(zu)裝生產(chan)線上，組(zu)裝件(jian)總是懸(xuan)掛在(zai)一條不斷(duan)運轉的(de)傳動(dong)鏈(lian)上或是其他的(de)材料輸送裝置上。”即使沒有得到(dao)(dao)進(jin)一步的(de)發(fa)展，但很顯然，這種(zhong)視覺伺服(fu)系統的(de)處理能力必將不斷(duan)提高，而生產(chan)成本(ben)也必將逐步下降。在(zai)今后(hou)幾年內(nei)，采用(yong)(yong)這種(zhong)組(zu)合方(fang)式可(ke)以(yi)使3D視覺技術得到(dao)(dao)更廣泛的(de)應用(yong)(yong)。