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西克應(yīng)用
概述
在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，機(jī)器人引導(dǎo)（Robot Guidance）是實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)和智能制造的關(guān)鍵技術(shù)之一。SICK推出的Inspector(P) 2D智能相機(jī)，集成圖像采集、算法處理與通信功能，可在無(wú)需外部工控機(jī)的情況下，獨(dú)立完成目標(biāo)識(shí)別與定位任務(wù)，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人視覺(jué)引導(dǎo)場(chǎng)景。
Inspector(P)智能相機(jī)支持包括目標(biāo)定位、特征提取等傳統(tǒng)視覺(jué)方法，并逐步融合AI深度學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜工件的穩(wěn)定識(shí)別。在機(jī)器人引導(dǎo)應(yīng)用中，相機(jī)通過(guò)獲取目標(biāo)物體的二維位置信息（X、Y）及旋轉(zhuǎn)角度（θ），并通過(guò)工業(yè)通信協(xié)議（如TCP/IP、PROFINET等）實(shí)時(shí)傳輸至機(jī)器人控制系統(tǒng)，從而引導(dǎo)機(jī)器人完成定位抓取、裝配或分揀等操作。
本文介紹如何快速使用Inspector(P)系列智能相機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人定位引導(dǎo)。
Inspector(P)系列智能相機(jī)
01
相機(jī)安裝
包括固定位置安裝（眼在手外）和安裝到機(jī)器人上（眼在手上）兩種方式。
本步驟旨在完成相機(jī)安裝與對(duì)焦，以獲取高質(zhì)量的圖像。確定工作距離后，需依次調(diào)整光圈與焦距，并設(shè)置適當(dāng)?shù)钠毓鈺r(shí)間、對(duì)比度等參數(shù)，從而獲得對(duì)比度良好、圖像清晰的畫(huà)面。參數(shù)設(shè)定完成后，請(qǐng)勿再改動(dòng)相機(jī)硬件部分。
眼在手外
眼在手上
下圖展示了相機(jī)參數(shù)設(shè)置界面。在Jobs頁(yè)面中配置曝光時(shí)間、對(duì)比度、亮度等參數(shù)，并在圖像修正選項(xiàng)中選擇“未修正”。建議先運(yùn)行自動(dòng)設(shè)置功能；若圖像質(zhì)量仍不理想，再手動(dòng)進(jìn)行精細(xì)調(diào)整。
圖片
02
相機(jī)標(biāo)定
Inspector(P)支持簡(jiǎn)單與三點(diǎn)兩種標(biāo)定板類型，通常推薦使用三點(diǎn)標(biāo)定板（如下圖所示）。
請(qǐng)根據(jù)實(shí)際視野大小打印相應(yīng)尺寸的標(biāo)定板，確保標(biāo)定板方格鋪滿整個(gè)目標(biāo)視野區(qū)域，并保持標(biāo)定板表面平整。標(biāo)定時(shí)，標(biāo)定板與相機(jī)之間的距離應(yīng)設(shè)定為實(shí)際定位所需的工作距離。
若需將相機(jī)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至機(jī)器人坐標(biāo)系，建議選用帶有ABCD坐標(biāo)標(biāo)記的標(biāo)定板。其坐標(biāo)順序依次為：左上（A）、右上（B）、左下（C）、右下（D）。
標(biāo)定步驟如下：
• 切換至 System 頁(yè)面。
• 選擇 “攝像頭校準(zhǔn)” 功能。
• 采集標(biāo)定板圖像，隨后點(diǎn)擊 “暫停”。
• 輸入標(biāo)定板相關(guān)參數(shù)，將標(biāo)定板類型選為 “三點(diǎn)”，點(diǎn)擊 “估算位置”，即可完成相機(jī)標(biāo)定。
校準(zhǔn)完成后，請(qǐng)?jiān)趯?shí)時(shí)圖像界面中選擇“完整校準(zhǔn)”選項(xiàng)。此后，實(shí)時(shí)顯示的圖像即為經(jīng)過(guò)標(biāo)定校正的畫(huà)面。將鼠標(biāo)移至圖像任意位置，下方坐標(biāo)顯示將切換為以“mm”為單位的物理坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
03
手眼關(guān)聯(lián)
坐標(biāo)系分為兩種，一是工件坐標(biāo)系（標(biāo)定板坐標(biāo)系），二是機(jī)器人坐標(biāo)系。
3.1工件坐標(biāo)系
在相機(jī)標(biāo)定過(guò)程中，系統(tǒng)已基于標(biāo)定板位置建立了相機(jī)坐標(biāo)系，即工件坐標(biāo)系。下圖中藍(lán)色網(wǎng)格的交點(diǎn)位置為坐標(biāo)系原點(diǎn) (0, 0, 0)，紅色箭頭指示的方向?yàn)?X 軸正方向，綠色箭頭指示的方向?yàn)?Y 軸正方向。然后機(jī)器人根據(jù)此坐標(biāo)創(chuàng)建坐標(biāo)系，這樣即完成了手眼關(guān)聯(lián)。
3.2機(jī)器人坐標(biāo)系
將相機(jī)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至機(jī)器人坐標(biāo)系，該過(guò)程需計(jì)算并應(yīng)用轉(zhuǎn)換矩陣。
若標(biāo)定板自帶ABCD四個(gè)標(biāo)記點(diǎn)：
•相機(jī)將自動(dòng)識(shí)別該四點(diǎn)在其坐標(biāo)系中的位置；
•操作機(jī)器人使用TCP尖點(diǎn)依次對(duì)準(zhǔn)同一點(diǎn)位，并分別錄入它們?cè)跈C(jī)器人坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值；
•將獲得的坐標(biāo)填入對(duì)應(yīng)輸入框，并勾選“執(zhí)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”復(fù)選框，系統(tǒng)將自動(dòng)計(jì)算轉(zhuǎn)換矩陣。
若標(biāo)定板無(wú)預(yù)設(shè)標(biāo)記點(diǎn)：
•可在標(biāo)定板上按左上、右上、左下、右下的順序手動(dòng)標(biāo)注四個(gè)點(diǎn)；
•分別輸入這四個(gè)點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系與機(jī)器人坐標(biāo)系中的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)；
•勾選“使用任意4個(gè)點(diǎn)標(biāo)定”選項(xiàng)，即可執(zhí)行轉(zhuǎn)換矩陣計(jì)算。
完成以上步驟后，應(yīng)用過(guò)程中可以使用“手眼坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”工具把對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到機(jī)器人坐標(biāo)系中。
04
應(yīng)用配置
4.1基本步驟
•完成相機(jī)安裝和標(biāo)定后，可以按照以下步驟進(jìn)行應(yīng)用。
•放置待抓取工件，調(diào)整成像參數(shù)以獲取最佳圖像質(zhì)量。
•添加參考圖像，該圖像中工件的位置將作為基準(zhǔn)抓取位置。
•添加“高精度目標(biāo)匹配”工具，并依據(jù)操作指引完成參數(shù)配置。
•控制機(jī)器人移動(dòng)至抓取位置，記錄當(dāng)前坐標(biāo)數(shù)據(jù)，此位置即為機(jī)器人抓取的基準(zhǔn)位置。
•輸出坐標(biāo)信息，包括XY平面偏移量及旋轉(zhuǎn)角度，機(jī)器人將基于該偏移量執(zhí)行抓取操作。
•如需使用機(jī)器人坐標(biāo)系，請(qǐng)?zhí)砑?ldquo;手眼坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”工具，利用轉(zhuǎn)換矩陣將工件位置坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至機(jī)器人坐標(biāo)系。
4.2輔助工具
實(shí)際應(yīng)用中，可在“高精度目標(biāo)匹配”工具基礎(chǔ)上配合使用其它工具，例如：
•參考點(diǎn)：可設(shè)定于工件的特定位置，比如抓取位置，是坐標(biāo)系中的絕對(duì)位置。
•圓擬合：可精準(zhǔn)定位圓形中心，作為定位位置。
以上工具位于高精度目標(biāo)匹配工具的下一層級(jí)，可跟隨匹配結(jié)果聯(lián)動(dòng)。
•AI物體檢測(cè)：可以得到N個(gè)經(jīng)過(guò)訓(xùn)練物體的重心位置用于定位抓取引導(dǎo)。
•斑點(diǎn)定位器：可以獲得不規(guī)則物體重心位置。
4.3通訊配置
坐標(biāo)輸出支持TCP/IP、PROFINET、Ethernet/IP等通信協(xié)議，具體配置方法請(qǐng)參閱相關(guān)技術(shù)文檔。
05
典型應(yīng)用
傳送帶包裹定位
傳送帶紙箱定位
汽車沖壓件定位
飲料包裝行業(yè)定位
SICK
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