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結構光相機配合串并混聯六軸機器人完成3D視覺相關檢測項目

文:勃肯特機器人研究院 | 2019年第五期 (0) | (0)

近年來,伴隨著3D傳感行業的迅猛發展,機器視覺迎來轟轟烈烈的第四次視覺革命。勃肯特機器人研究院團隊,采用結構光相機配合自主研發的串并混聯六軸機器人完成3D視覺相關檢測項目,并即將投入實際應用階段。

視覺升維迎來歷史性的技術爆發,讓其他三次視覺革命都略顯黯然失色,第四次視覺革命最大的特點體現在機器直接從之前的2D平面“視界”進化到3D立體“視界”,刷臉支付、FaceID、VR、無人便利店、智能機器人等人工智能產品從實驗室走向普羅大眾身邊,頻頻以“未來產品”姿態曝光,背后起到關鍵作用的黑科技便是3D視覺技術,已經成為人工智能界的新寵。

人類利用科技提升機器的視覺能力,模擬人的雙眼,這聽起來似乎沒什么了不起。但是在商業應用中,3D視覺的影響力不亞于在亞馬遜森林攪動風暴的蝴蝶,以目前火爆市場的支付寶刷臉支付為例,拿目前出貨量最多的3D視覺代表性企業奧比中光來說,搭載了其3D結構光的刷臉支付產品,能夠通過點陣投影儀把數萬個光點投射到用戶的面部,通過3D攝像頭找到對應光點,再利用三角測量原理計算出光點的深度信息,從而達到3D面部識別的效果并完成支付。相比過去2D視覺的人臉識別,3D視覺能輕易識破平面照片或者視頻等欺騙,讓支付的安全性和便捷性得到革命性升級。同時在機器視覺技術的幫助下,刷臉支付能夠帶來更好的體驗,大大降低安全隱患。

工業機器人領域獲取外界物體三維信息的傳感器主要有以下三種,傳統RGB雙目相機、結構光相機、TOF相機。通過3D視覺快速準確的對紙箱進行尺寸測量,完成物流行業隨機尺寸紙箱的拆垛和碼垛;在生產線上,多種型號的工件往往會被雜亂無章的堆放在料框里,同時這些工件的形狀外觀差異很大,通過3D視覺可準確獲取料框內物體的三維輪廓特征信息,機器人可快速精準的完成多品類工件的分揀;在輕工行業,通過3D視覺獲取物體的三維輪廓信息,可使機器人高速高精度完成涂膠、噴涂等相關工作。

三種主流三維信息獲取設備三種技術方案對比:

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與3D視覺的立體成像相得益彰,混聯六軸由3P-3R結構組成,即三自由度的并聯機構與三自由度的串聯機構組成,實現了6自由度更大空間的運行,在保持了原有并聯機構特點之外,增加了拾取物品位姿隨機、末端擺放自由靈活、理料與分揀雙工藝結合的特點。運用3D相機完成立體物料的視覺信息捕捉后,機器人根據物料在三維空間內的位置與角度判斷,解決了以往機器人只能進行平面抓取的弊端,可實現對堆疊來料的快速理料,同時也開拓了對不規則、不平整來料進行涂膠、注塑等工藝,豐富了更多應用場景。

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圖1:勃肯特自主研發的串并混聯六軸機器人

類似于傳統2D視覺,首先對相機進行標定,采用Eyetohand的安裝方式,在完成相機內參標定后,結合棋盤格對相機外參進行標定。外參數標定即確定相機與外界的平移和旋轉關系。利用經典的AX=XB齊次坐標求解方法,讓機器人末端在棋盤格上移動多個位置,記錄其坐標值,求出轉換矩陣,完成相機標定。

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圖2:勃肯特自主研發機器人控制器與結構光3D相機

然后對點云預處理,去除外界干擾產生的噪點后,通過對點云進行平面分割和目標提取,完成場景中目標物體的分割及其特征的提取。并且通過特定算法完成目標物體的位姿估計和優化,最終完成串并混聯六軸機器人在3D視覺作用下對不同形狀物體快速精準的分揀。

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圖3:相機采集的原始圖像

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圖4:相機采集的深度圖像

相關介紹:勃肯特機器人研究院團隊成立2018年3月份,成員平均年齡26歲,其中碩士占比超過一半,在內部有“最高智商”團隊之稱。先后成功主導及參與完成“異型煙智能分揀碼垛項目”、“并聯6軸Stewart平臺”、“鎮江工廠智能信息化管理系統”、“統籌分揀”、“BeMotion控制器”多個項目的算法研發。隨著該項技術項目的成功落地,可以預見的是,勃肯特將憑借自己的“眼睛”配合串并混聯六軸機器人不斷探索客戶的實際應用領域,提供更多高精度的解決處理方案,練就更符合客戶需求的“金睛火眼”。

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