基于传感器技术的机器人视觉应用

2020-01-09毛朝庆

湖北农机化 2020年21期

林涛毛朝庆

(重庆电子工程职业学院电子与物联网学院，重庆 401331)

1 机器人视觉

机器人视觉指的是能够使周围环境被机器人的视觉感知系统识别，同时这种识别功能也是机器人的最重要的组成部分，机器人通过视觉传感器对周遭环境进行识别后形成图像，在进行一系列的分析与解释之后，将其转化为符号，使机器人能够分辨物体的属性以及确定物体的位置。

机器人视觉通常简称为机器视觉，其工作原理相较计算机视觉原理有所不同。机器视觉更加倾向于应用能力下的转用视觉系统，工作过程强调了对任务相关事物的识别。机器人视觉主要由获取、分析、输出图像等步骤组成，就单图像获取模块来说，由光感和照明系统，视觉传感器、转换和存储器等组成。在功能方面可以划分为两种，一种是视觉检验，另一种则是视觉引导。机器人视觉被大量用于工业、医学以及军事等领域，这其中80%被用于检测。

2 视觉传感器及其种类

2.1 视觉传感器的原理及特点

目前传感技术发展比较成熟的有7种，而视觉传感技术位列其中，基于视觉传感技术的视觉传感器是机器人通过获取画面进行相应的成像处理，并分析出原物体的各种特征数值，主要有大小、重量、形状、位置等信息，再进行分析与解释，将数据输出并分析结果可靠性的一种传感器。其主要的原理是，通过光学元器件和成像装置来获取环境的图像信息，并利用图像分辨率来描述视觉传感器的性能，主要影响传感器精确度的因素有图像的分辨率高低、实景物体距离视觉传感器的远近，分辨率越低、实景物体距离越远精确度就越差。

2.2 视觉传感器的种类划分

2.2.1 3D视觉传感器

3D视觉传感器依托于3D视觉传感器技术的发展与应用，以其优良的应用性能被应用在摄影摄像、通信、汽车传感系统、医学分析、虚拟场景、科研等众多领域，而这些应用均是以3D视觉图像传感技术为基础。3D视觉传感技术其是利用3D摄像头采集空间内三维坐标的空间信号信息，通过计算对成像进行复原，这种技术的好处就是不易受到外界因素的干扰，尤其是光线、技术上更加稳定，成像更加清晰。

2.2.2 智能视觉传感器

智能视觉传感器对我们来说是陌生的，我们平常使用的智能照相机的学名就是智能视觉传感器，作为突破瓶颈发展的新型视觉传感技术，其实现了汇集图像采集、处理和信息传递功能的小型机器视觉系统，是一种基于计算机视觉系统发展而来的传感器。它能够将几个复杂的模块组成一个系统，包括传感器、处理器、通讯和其他外设等，通过一体化系统的设计，降低了复杂功能实现的难度，提高了工作的效率，同时在形体上设计超出了传统的理念，开拓了视觉技术的发展新方向。智能视觉传感器具有使用方式简单、维护方式便捷等优势，在短时间内得到了迅速地发展。

3 视觉传感器的应用

3.1 机器人车身视觉检测系统

移动机器人的制造过程中对于机器人车身的各项数据指标都非常苛刻，对车身的检测技术提出了巨大的挑战，传统的检测采用三坐标检测机不能满足检测需求。这种检测方式不仅操作较为困难，且检测的速度相对较慢、检测周期较长，在这种检测压力下，很多车辆制造商采用的是抽检的方式进行检测，这对于车辆的安全性能来说是存在一定隐患的。而挡风玻璃的尺寸、车门安装的棱边位置、定位孔的对应位置等指标影响度很大，因此需要视觉传感器发挥位置精准定位的重要作用，主要规范棱边、位置、定位孔、表面的空间位置及尺寸。这是汽车生产过程中不可或缺的环节，各项指标调整到最佳后，将车身置于框架中，因此需要更加科学地规划传感器的位置，在数量和位置上都要进行严格地把控，且按照相对应的检测需求安置不同类型的传感器装置。在车辆传感器测量系统中，需要将车身安放在之前设定好的精确检测点位上，之后传感器按照相关程序的设定进行有序地检测，计算计进行图像的采集并对于图像进行相对应地处理，计算出被检测位置的相关三维坐标数据，利用计算机对输出值与标准值进行比较分析，得出准确无误的数据结果之后，完成检验将车身移出检测位置。

3.2 三维形貌视觉测量系统

三维形貌视觉测量系统是基于逆向工程、产品的数字化设计、管理以及产品制造的视觉检测技术。三维形貌视觉测量的工作原理是同时将非接触视觉、迅速测量以及分辨率较高的数字成像技术相结合。这种测量技术一般被用于检测体积较大且外形不规则的物体，其主要有两个类别：局部三维信息成像和整体拼接。首先是通过视觉传感器对检测物的局部信息进行全方位地扫描与测量，之后通过拼接技术将局部信息进行有效拼接获得完整图像。传感器的扫描测头通常应用双目立体视觉测量的工作原理设计而来。实现整体拼接的工作是将测量而得到的局部信息全部投放至公共坐标，进而得到检测物体的整体图像。采用分辨率极高的相机对检测物体的不同位置进行信息的收集，使用光束定向交汇平差的原理实现点坐标控制的同时建立起公共坐标，之后将公共坐标的每一个点信息进行有效地连接、转换以及拼接。