3. 计算机 由视觉传感器得到的图像信息要由计算机存储 和处理 , 根据各种目的输出处理后的结果。 20 世纪 80 年代以前 , 由于微计算机的内存量小 , 内存的价格
高 , 因此往往另加一个图像存储器来储存图像数据。
现在 , 除了某些大规模视觉系统之外 , 一般都使用 微计算机或小型机。除了通过显示器显示图形之外,
进入计算机后, 还要进行各种运算。
4.1.2 机器人视觉的应用 1. 弧焊过程中焊枪对焊缝的自动对中
图4.2所示为具有视觉焊缝对中的弧焊机器人的系统
结构。 图像传感器直接安装在机器人末端执行器。焊接 过程中,图像传感器对焊缝进行扫描检测, 获得焊前区焊 缝的截面参数曲线， 计算机根据该截面参数计算出末端 执行器相对焊缝中心线的偏移量Δ ,然后发出位移修正指
图 4.1 视觉系统的硬件组成
1. 视觉传感器 视觉传感器是将景物的光信号转换成电信号的器 件。大多数机器人视觉都不必通过胶卷等媒介物 ,而是 直接把景物摄入。过去经常使用光导摄像等电视摄像 机作为机器人的视觉传感器 , 近年来开发了 CCD( 电荷 耦合器件 ) 和 MOS( 金属氧化物半导体 ) 器件等组成的固 体视觉传感器。固体传感器又可以分为一维线性传感 器和二维线性传感器,目前二维线性传感器已经能做到 四千个像素以上。由于固体视觉传感器具有体积小、
配图纸、多面体等; 后者可以确定操作序列 , 包括装 配顺序、手部轨迹、抓取位置等。这样,只要对机器人
发出类似于人的表达形式的宏指令 , 机器人则会自动
考虑执行这些指令的具体工作细节。该机器人已成功 地进行了印刷板检查和晶体管、电动机等装配工作。
4.2 工业机器人的触觉
为使机器人准确地完成工作 ,需时刻检测机器人与对 象物体的配合关系。 机器人触觉可分成接触觉、接近觉、压觉、滑觉和
力觉五种, 如图4.7所示。触头可装配在机器人的手指上,
用来判断工作中各种状况。
图 4.7 机器人触觉
4.2.1 机器人的接触觉
1. 接触觉传感器
令,调整末端执行器直到偏移量Δ =0为止。
图4.3所示为用视觉技术实现机器人弧焊工作焊缝的 自动跟踪原理图。
图 4.2 具有视觉焊缝对中的弧焊机器人的系统结构
图 4.3 实现机器人弧焊工作焊缝的自动跟踪原理图
2. 装配作业中的应用 图4.4所示为一个吸尘器自动装配实验系统, 由2台关 节机器人和 7 台图像传感器组成。组装的吸尘器部件包 括底盘、气泵和过滤器等, 都自由堆放在右侧备料区,该
的距离信息,显然是很有用的。每个像素都含有距离信息
的图像, 称之为距离图像。目前,有人正在研究获得距离 信息的各种办法, 但至今还没有一种简单实用的装置。
2. 摄像机和光源控制
机器人的视觉系统直接把景物转化成图像输入信 号, 因此取景部分应当能根据具体情况自动调节光圈 的焦点, 以便得到一张容易处理的图像。为此应能调 节以下几个参量: (1) 焦点能自动对准要看的物体。 (2) 根据光线强弱中央。 (4) 根据目标物体的颜色选择滤光器。 此外, 还应当调节光源的方向和强度, 使目标物体 能够看得更清楚。
境中识别出装配所需的零件 ,并对其形状、位置、姿态等 进行识别。此外 , 多关节机器人还带有触觉。 利用这些
传感器信息,可以确定装配顺序和装配方法 , 逐步将零件
装成与图纸相符的产品。
图 4.6 日立自主控制机器人工作示意图
从功能上看,这种机器人具有图形识别功能和决策
规划功能, 前者可以识别一定的目标 (如宏指令)、装
还可以用打印机或绘图仪输出图像，且使用转换精
度为8位A/D转换器就可以了。但由于数据量大, 要求 转换速度快, 目前已在使用100 MB 以上的8位A／D 转换芯片。
4. 图像处理机 一般计算机都是串行运算的, 要处理二维图像 很费时间。 在要求较高的场合 , 可以设置一种专 用的图像处理机,以便缩短计算时间。 图像处理只 是对图像数据做了一些简单、重复的预处理 , 数据
第4章 工业机器人的环境感觉技术
4.1 工业机器人的视觉
4.2 工业机器人的触觉
4.3 工业机器人的位置及位移
4.4 多感觉智能机器人
习题
4.1 工业机器人的视觉
4.1.1 视觉系统的硬件组成
视觉系统可以分为图像输入(获取)、图像处理、图像 理解、图像存储和图像输出几个部分(见图4.1)。 实际系统 可以根据需要选择其中的若干部件。
图 4.5 具有视觉系统的机器人进行非接触式测量
4. 利用视觉的自主机器人系统
日本日立中央研究所研制的具有自主控制功能的智
能机器人 , 可以用来完成按图装配产品的作业 , 图 4.6 所
示为其工作示意图。它的两个视觉传感器作为机器人的 眼睛,一个用于观察装配图纸，并通过计算机来理解图中
零件的立体形状及装配关系 ; 另一个用于从实际工作环
重量轻等优点, 因此应用日趋广泛。
由视觉传感器得到的电信号, 经过A／D转换成数字信
号, 称为数字图像。一般地 , 一个画面可以分成 256×256 像素、 512×512像素或1024×1024像素,像素的灰度可以
用4位或8位二进制数来表示。一般情况下, 这么大的信息
量对机器人系统来说是足够的。要求比较高的场合 ,还可 以通过彩色摄像系统或在黑白摄像管前面加上红、绿、蓝 等滤光器得到颜色信息和较好的反差。 如果能在传感器的信息中加入景物各点与摄像管之间
区上方装设三台图像传感器 (α、β、γ), 用以分辨物料的
种类和方位。机器人的前部为装配区 ,这里有4台图像传 感器A、B、C和D, 用来对装配过程进行监控。使用这套 系统装配一台吸尘器只需2分钟。
图 4.4 吸尘器自动装配实验系统
3. 机器人非接触式检测 在机器人腕部配置视觉传感器 , 可用于对异形零件 进行非接触式测量 , 如图 4.5 所示。这种测量方法除了 能完成常规的空间几何形状、形体相对位置的检测外 , 如配上超声、激光、 x射线探测装置, 则还可进行零件内 部的缺陷探伤、 表面涂层厚度测量等作业。