浅谈视觉系统在机器人自动化装配过程中的灵活应用

毛文霆

（沈阳新松机器人自动化股份有限公司，辽宁 沈阳110000）

随着科技的发展，时代的进步，过去都需要人工来完成的工作，逐渐被机器人所替代。但是机器人目前还不能完全替代人力，只能完成一些重复动作比较强的，要想进一步发展，就需要给机器人配备视觉系统来完成一些工作。这样，机器人与视觉系统的配合应用，在越来越多的行业进行推广，并日渐成熟完善。

1 视觉系统

视觉系统就是用机器代替人眼来做测量和判断。视觉系统是指通过机器视觉产品将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

机器视觉系统的特点是提高生产的柔性和自动化程度。在一些不适合于人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合，常用机器视觉来替代人工视觉；同时在大批量工业生产过程中，用人工视觉检查产品质量效率低且精度不高，用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度。而且机器视觉易于实现信息集成，是实现计算机集成制造的基础技术。可以在最快的生产线上对产品进行测量、引导、检测、和识别，并能保质保量的完成生产任务。

2 视觉系统与机器人配合应用

视觉系统可实现与机器人的直接通讯，视觉系统和机器人坐标系统的可统一，保证系统的稳定性，并且具备高精度的校正功能。通过视觉系统对零件图像的采集，经过软件算法的处理后，可告诉机器人工件所在的位置，从而引导机器人到指定的位置，完成指定的任务工作。由于视觉系统精度高，分辨速度快，正好试用于和机器人配套使用，提高生产效率，提高产品的质量，节省时间。

普遍的视觉系统与机器人应用即为视觉安装在机器人的手爪上，随机器人一起移动，并进行装配，搬运等等工作。但是在一些特殊的场合和工况环境下，安装在机器人手爪上的视觉在机器人工作的过程中会和周围的事物发生干涉，严重的会撞坏视觉系统，给装配过程中带来不便，无法进行安装，搬运等等作业。出现这样的情况，一般会选择将视觉系统从机器人身上分离，另外安装在其他的地方，保证不会发生干涉，碰撞的现象。但是，此种做法会耽误机器人的工作时间，还需给视觉系统寻找安装位置，占用场地等等带来一系列的不方便情况。但有些时候这两种视觉系统的安装方式仍能出现各种各样的问题。

如：现有国内某3C 行业自动化装配流水线，就有此问题。此站为机器人自动化拧紧装配站，配备机器人，手爪上需配有视觉系统，拧紧系统等等。此站工作内容为，机器人先通过手爪上的视觉系统对工件进行定位，在通过两套拧紧工具进行拧钉装配作业。如果视觉系统和拧紧工具在同一高度，则在拧紧过程中视觉系统会和工件发生干涉现象，会导致撞坏视觉系统；如果视觉系统高于拧紧工具，则视觉系统拍照的高度太大，从而导致信息采集图像不准确，影响位置精度，无法精确引导机器人到正确位置，最终拧紧系统无法对正螺钉孔，无法进行拧钉作业。同时由于拧紧系统的线缆太硬太长，机器人6 轴无法进行旋转换位动作，导致视觉系统无法与拧紧工具进行分开布置，种种问题的矛盾导致此站功能无法实现。

想解决如上的问题，就要避免视觉系统在机器人工作时与其他干涉现象。

现在提出新的解决方案即是，打破传统的视觉系统必须固定不动的观念，将视觉系统做成伸缩移动的，即可解决如上的问题。如下图所示：

将两套拧紧系统固定在手爪的两侧，视觉系统布置在手爪的中间，以气缸作为驱动的动力，将视觉系统固定在导轨的一端，通过气缸驱动导轨带动视觉在滑块上进行伸缩移动。在机器人需要视觉进行拍照作业进行位置判断时，气缸伸出，将视觉系统高度下降到一定的位置，机器人进行移动到指定位置进行拍照，在拍照完成后，气缸收缩，将视觉系统收回，缩回到不会与工件发生干涉的位置后，机器人再移动到指定的位置，对零件进行拧钉装配的工作。

此种方法既解决了视觉系统与工件的干涉问题，又能减少机器人的其他多余动作，减少浪费的动作时间，提高生产效率，保证产品质量。但是此种方法打破了以往视觉系统固定的方式，也打破了过去都是导轨固定，滑块移动的运动方式，设计理念要保证系统的可行性，又要保证机器人手爪的质量，所以在设计此方案的时候，有很多的注意事项。

3 伸缩移动视觉的注意事项

3.1 视觉系统拍照是有一定的高度距离要求的

视觉系统拍照需要光源配合，移动到适当的高度才能进行拍照判定，所以在设计过程中要注意视觉的伸缩距离，不能太长，也不能太短，需要根据实际情况进行气缸的行程选择。

3.2 视觉系统拍照要求拍照过程要稳定

传统的固定视觉方式就是要保证视觉系统的稳定性，所以才要将视觉系统固定不变。要想做成移动的视觉，就必须保证视觉系统的稳定性，在视觉系统拍照前，气缸必须已经伸出到位，并且固定此位置不在发生移动。在结构件设计过程中，也要对固定视觉的各个结构件要进行打销子固定连接，保证各个结构件的位置固定准确，不会在机器人动作过程中发生位置偏移。

3.3 视觉系统选择光源时要注意

视觉系统除了镜头，相机外还需要光源进行照明，这样才能保证光线始终不变稳定，保证拍摄的质量。在移动伸缩视觉系统中，光源要随着镜头和相机一起移动，所以光源要尽量选择重量要轻些的，体积要小的，固定结构件也要设计的固定紧凑些。

3.4 伸缩移动的视觉系统要注意线缆

视觉系统需要传递信号，就得通过电缆。过去传统的固定视觉的方式，可以不担心此问题，线缆都是固定位置的。但要做成移动的视觉系统，必须注意线缆的安装固定及走线问题，保证视觉在移动过程中线缆不会与其他的结构件发生干涉。同时也要预留线缆的长度，避免线缆的长度不够。

3.5 气缸要注意选型

作为伸缩移动视觉系统动力的气缸，在选择型号时，一定要注意选择的型号尽量要小巧些，不要太大，整体质量要选择小些的，气缸的行程也不要太大或者太小，既能保证视觉系统在伸出是满足拍照高度，又能保证在缩回时能够躲开工件不干涉。

3.6 伸缩移动的视觉系统要注意机器人的负载重量

视觉系统与机器人想配合使用，机器人是有负载的条件限制的。过去传统的固定视觉的方法不会有太多的结构件，不会占用机器人的负载，但是移动的视觉系统会有驱动的气缸，导轨以及其他的很多结构件，这些结构件即便是使用铝合金，也是要具有一定重量的，在加上气缸和导轨等等，所以在设计的过程中要考虑好机器人的整体负载情况。

以上设计理念和方法仅供参考，毕竟在不同的领域，不同的行业里，还会出现其他新的问题。

随着视觉系统与机器人配合在各行各业的推广应用，会发生越来越多的各个问题，这些问题在使用传统的方式方法已经远远不够，需要我们打破常规，具有创新精神，开拓更多的使用方法。在标新立异的同时，也要注意一些随之出现的问题。尊崇传承经验，学习先进技术，开拓全新视角，勇攀更高山峰。