迈向智能制造：机械臂集成视觉的现状与未来

   世界已进入工业4.0时代。机器人协助人类制造，强调使用“人机协作”来实现智能生产。近年来，发达国家面临的人口老龄化问题导致工业和制造业的生产成本逐年增加。企业已部署自动化设备以提高生产效率。在这一智能浪潮中，各行各业也发生了巨大的变化。

   机器人技术和机器视觉在专业研究领域有所不同。机器人技术通常属于机械工程和自动控制工程领域。机器视觉属于信息工程和电气工程。通过这两个主要领域的专家合作，可以使机器人具有视觉感知能力。可以看出，机器人视觉是一种高度集成的工程技术，它通过机器视觉检测环境中的人和物体，计算它们在相机坐标系上的位置，转换为机器人手臂坐标系，然后驱动电动机。联合操作目标看似很简单，但是实际上，这意味着复杂的计算机操作。

   手眼关系有其自身的优点和缺点。相对位置决定了手臂与相机的合作模式。传统的机器人手臂编程使用多个手臂运动点的教导，允许手臂在同一点重复相同的动作。因为这些点是固定的，所以需要大量的夹具来固定工件或外围加工机械，并且应用灵活性差。而且一旦地震或外力改变了手臂与工作区域中物体之间的相对关系，就必须重新教授所有要点。如果将手臂与机器视觉结合使用，则可以通过视觉识别和补偿功能灵活地校正手臂的位置，并可以有效减少夹具的使用，

   机械臂和摄像头（视觉）之间的协作方式取决于臂与摄像头之间的空间关系（也称为手眼关系），可以分为“手眼”，“眼对眼”手”和“向上看”。

   亲眼意味着将摄像机悬挂在手臂的末端轴上。拍摄完相机并完成视觉识别后，驱动臂来夹紧工件；亲眼意味着相机和手臂分别固定在两个位置，并且相机正在捕获图像手臂在识别过程中可以同时移动，因此有更好的循环时间，但是必须使用确保手臂支架和摄像机保持固定的相对关系，如果两者之间的关系发生变化，则需要重新校准；至于眼视手结构，也称为辅助定位，当手臂抓住工件时，它会移入摄像机视场，比较当前姿势和标准姿势之间的差异，然后执行进一步的姿势补偿。

机械臂集成视觉系统需要依靠专业的系统集成，首先导入自动化，精度和生产周期

   在当前的工业发展中，机械臂和机器视觉的集成并非易事。如果最终客户没有一定程度的工程能力，他仍然需要具有专业知识的系统集成商的帮助。对于机械臂，系统集成商在选择合适的机械臂时必须首先考虑机械臂的长度和负载。臂长可以确保有效的工作范围。关于负载，需要计算末端执行器和夹具等工件。是否能满足手臂工作的额定载荷范围。

   另一方面，可视化解决方案的集成有多种选择。对于具有多个摄像机要求和高计算负担的情况，通常使用视觉控制器。硬件本质上是一台工业计算机，通常支持两到四个工业相机，并具有内置的图像识别软件，使用户可以编程他们想要解决的视觉识别问题。另一种产品是智能相机，它本身就是带有CCD / CMOS传感器的嵌入式计算平台。用户可以为他们的工作视野选择合适的镜头。该平台还包含视觉处理软件，但其计算性能不如视觉控制器，它通常用于代码读取和定位。此外，一些系统集成商

   除了考虑合适的手臂模型和视觉解决方案外，评估自动化案例的可行性时最重要的指标是精度和周期时间。足够的精度可以确保每个过程的正确性，并且可以使用预期的生产周期来评估是否通过引入自动化提高了生产能力并计算了投资回报率（ROI）。对于上述精度部分，如果通过视觉对物体进行定位，则影响整体精度的因素包括相机分辨率，定位算法，手眼关系校正误差，相机镜头校正误差，手臂重复性和绝对精度等，仅依靠经验丰富的机器视觉技术人员才能有效地进行评估。

手臂中内置的视觉功能大大降低了集成成本

   近年来，协作机器人由于具有较高的安全性，与工人在同一环境中工作的能力，易于编程以及对用户的学习门槛较低等优点，因此比传统机器人具有更多优势。带来了新的浪潮。另外，一些机械臂制造商甚至将视觉模块直接集成到机械臂中，成为标准的销售产品。用户只需要使用一个内置软件即可完成手臂运动过程的教学和视觉过程的编辑，从而大大降低了用户整合手臂和视觉的原始成本，并有效地减少了系统调整的时间。

   展望未来，随着视觉传感技术的进步和人工智能的飞速发展，摄像机获得的图像信息可以从2D升级到3D，甚至可以将RGB-D升级，其中包含更丰富的色彩和几何信息，并且人工智能用于识别机器人的改进，将能够更有效地解决姿势，物体距离和物体形状的变化。未来的机器人必将具有感知环境和了解用户的更多能力。他们将来会注意机器人手臂增加的技术改进。即将到来的流程创新。

建立智能制造生态系统的智能工具

   公司需要构建满足其自身需求的自动化解决方案，但是不可能针对不同的制造过程和应用重新设计生产设备。因此，公司必须选择最佳的机器人零件，以使公司的自动化生产收益最大化。在使用机器人时，适当的附件的使用可使公司简化从采购，安装，操作到再开发的过程，并最终成功缩短了制造寿命。

   手臂末端工具（EOAT）通常安装在机器人手臂的末端，以执行各种任务。例如，机器人抓手可以灵活地处理各种材料；或强大的传感器会发出警报并及时纠正机器人的位置；机器人工具快速更换装置可以加快工具的更换速度。机器人配备了这些高级工具后，就可以转变为具有感应，动作和行为功能的智能设备，可以轻松地用于智能制造中。

   新一代智能机器人的附件可以满足智能制造对创新，专业性和准确性的要求。这些配件也改变了工业，制造业，电子商务和农业的经济模式。这些行业逐渐引入了机械臂终端工具，内置技术和智能功能，从而大大降低了制造成本和时间。

加速智能自动化的普及

   在实施定制解决方案时，使用配备了机械手臂终端工具的机器人可以提高工作效率，并允许公司创建新的应用程序，因为机械手臂终端工具可以有效地提高机器人的效率和灵活性。实际上，自动化过程的效率和机器人上安装的抓爪与其他智能工具密切相关。

   现代抓手和功率传感器显示出智能机器人配件的无限潜力。在协作应用程序中，公司不仅希望机器可以执行高效的自动化任务，还希望它们可以远程操作机器人并在线诊断问题。配备了智能硬件和软件的智能机械臂终端工具可以帮助收集和分析数据，并提供及时的反馈以增强机器人的功能。

   通过机械手臂终端工具，该机器可以更轻，更智能，更自治，并且可以有效地执行各种人机协作应用程序，从而使自动化操作对企业而言更容易，更经济。

   选择正确的机器人附件是必要的-使用机器人的好处取决于机器人上安装的工具和附件。机械臂终端工具允许工具与机器人之间双向通信，以提高操作效率和生产率。例如，高精度抓手可以使用内置技术来模仿人类指尖的动作，例如拾取和放置易碎物品，以便它们不会损坏被拾取的物品。

   机械臂终端工具将人机交互的可能性推到了更高的水平，因为现代的夹具非常精确，它们甚至可以夹持用于制造计算机处理器的晶圆，并且扭矩传感器可以更精确地定位和检测物体在哪里。这些带有内置传感器的抓爪可用于精确的制造过程，并有效完成工作。

现代工业环境需要面向应用的解决方案

   对于特殊的生产操作，一些公司采用传统方法，并根据不同的业务模型创建定制的工具。但是，这种方法不仅增加了公司的成本，而且过程不够灵活。另一方面，抓手，传感器或其他应用更适用。可以针对不同的形状，尺寸和材料定制面向解决方案。相反，使用传统制造方法的公司在商机方面处于劣势。

   这些终端工具不仅灵活，而且用途广泛，适用于各种制造环境。它们的适应性，内置的先进技术以及顺畅的信息吸收功能可以帮助缩短制造周期并减少停机时间。终端设备的优点为其他硬件解决方案提供了更多选择，降低了引入机器人解决方案的成本，同时降低了采用自动化的障碍。总而言之，使用机械臂终端工具可以为企业节省资金。

全自动解决方案

  技术的飞速发展带动了各行各业的变革。为了降低成本并提高运营灵活性，公司必须考虑自动化制造。为了实现上述目标，在协作应用中起重要作用的机器人配件需要变得更智能。通过引入智能技术和工具，公司可以满足对工业机械化不断增长的需求。