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我國的視覺機器人發(fā)展相對國外比較緩慢，真正開始研發(fā)開始于上世紀80年代末期，_開始是在科研能力上借助他人的成果進行模擬，隨著改革開放的實施，引入了相當多的國外人才，這些為視覺機器人的發(fā)展奠定了基礎[1]。目前我國的視覺機器人還處于研發(fā)階段，在一些高校和企業(yè)中有不少的研究成果，但是在市場生產和應用中還沒有一套真正屬于自己的系統(tǒng)。
在我國，雖然對于不同領域的機器人已經開始推廣應用，但很多都是在國外研究的基礎上加以改進或進行二次開發(fā)，總體的研究水平仍和國外存在一定的差距,視覺機器人更是處在研究的初級階段，因此，對于視覺機器人的研究、開發(fā)和使用具有重要的意義。
本文研究的意義在于從“機器換人”的思想角度出發(fā)，將視覺與工業(yè)機器人相結合起來應用于加工中心上下料系統(tǒng)，以此來適應對多樣化工件的加工，為了滿足不同環(huán)境下的生產工作，把視覺傳感器置于機器人末端執(zhí)行器部位，實現(xiàn)隨動和實時分析，從而提高生產效率和靈活性，為工人減輕工作壓力，同時推動工業(yè)自動化發(fā)展。
1整體的結構設計
為了實現(xiàn)通過視覺引導機器人完成工件的上下料過程，首先需要圖像傳感器先獲取到由傳送帶傳輸過來的工件的位置,然后通過對圖像的處理分析，得到工件的形狀和準確位置，通過笛卡爾坐標系的轉換矩陣，獲取工件在世界坐標系下的位置,再通過機械手的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)機械手的抓取工作。
其中，傳輸系統(tǒng)主要包括傳送帶裝置；圖像處理系統(tǒng)主要包括補償光源，圖像傳感器以及負責圖像分析的計算機算法技術;機械手系統(tǒng)主要包括機械手本身，與之相匹配的控制柜，和負責抓取工件的夾具;為了滿足不同種類的工件，末端夾具采用了快換裝置,方便替換不同夾具來抓取工件。具體布局如圖1所示。
2視覺工作原理及攝像機的標定
2.1視覺工作原理
通過對視覺系統(tǒng)的研究可以讓機器人能夠像人一樣“看”清對象，并了解作業(yè)對象，對被加工對象有比較直觀的認識，從而更好的適應多變的工作環(huán)境。計算機的視覺定位是根據(jù)“尋位-加工”的方法實施的，其中“尋位”是模仿人去識別感興工件在空間中的相關信息,通過計算系統(tǒng)建立仿生視覺模型進行相關的計算和處理。
計算機的視覺系統(tǒng)包括工件狀態(tài)的捕獲和對圖像的計算，根據(jù)得到的結果完成信息的傳輸。其中圖像的獲取主要包括光照的補償、ccd相機和配套的鏡頭等設備；圖像的分析處理一般是通過相關的算法在軟件中完成;結果的顯示是通過顯示設備顯示經過處理后的特征圖像。信息的傳輸是把得到的位姿信息傳送給相關的執(zhí)行設備，終完成動作的實現(xiàn)。
目前的視覺研究中，雙目視覺的研究過程存在空間匹配難、可視區(qū)域小等特點，在單目視覺中卻不需要考慮這些,而且單目視覺相比立體視覺的標定步驟少，結構的設計也不繁瑣。單目視覺定位的方式有:幾何光學法、幾何形狀約束法、輔助棒間接測量法、激光輔助測距法等。因為視覺傳感器在結構上受到一定的限制,所以上述大多數(shù)方法只有在對固定的被測物體進行近距離成像的條件下才會有效。而且單目視覺定位系統(tǒng)不用考慮雙目攝像機之間距離的約束，所以在實際的工作壞境中適用性更好。
視覺定位系統(tǒng)完成上下料工作過程圖如圖2所示。
2.2攝像機的標定
對相機進行標定是機器視覺作業(yè)中非常必要的問題，
這是獲取相機幾何參數(shù)的過程。從拍攝的圖像出發(fā)，計算物體的相關信息并重建物理模型，物體和圖像之前的關系是由相機的內外參數(shù)聯(lián)合決定的。對相機進行標定的步驟就是尋找圖像和物體的對應關系的過程。相機的內部參數(shù)是指決定了相機的理想成像和實際成像之間對應關系的相關信息;相機的外部參數(shù)主要包括相關的變換矩陣[2]。 圖2視覺引導系統(tǒng)工作流程固
目前存在的相機標定技術根據(jù)方法不同主要分為三種:第一種是傳統(tǒng)的相機標定法;第二種是主動視覺相機標定法;第三種是相機的自標定法。傳統(tǒng)的相機標定法是根據(jù)已知物體的形狀和幾何參數(shù)，通過相關的計算，得出相機的內外部參數(shù)，這種標定方式適用范圍廣，而且標定的精確度高，但標定步驟繁瑣；主動視覺相機標定法需要先取得某些動態(tài)參數(shù)，通常能夠進行線性運算，有較高的魯棒性，但不適用于相機動態(tài)參數(shù)未知的情況;相機的自標定法是通過多個圖像之間存在的某種關聯(lián)進行標定，雖然比較靈活，但該方法是非線性標定，而且它的魯棒性不好。
在進行相機標定之前，還需要先研究相機的成像模型，一般選用理想的針孔模型為例，這也是相機成像模型中的成像方式，如圖3所示。
因為圖像處理的終目的是要獲取感興對象的形狀和位姿，所以建立了如圖3所示的相關坐標系。
① 像素坐標系(〇uv):它是用于描述像素位置所使用的坐標系。相機獲取的圖像終是以mxn形式的數(shù)組進行存儲的，像素的數(shù)值在圖像上表現(xiàn)為該點的亮度，像素坐標系的建立如圖中所示。
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結束語：
本文首先設計出了由視覺引導的加工中心上下料系統(tǒng)整體結構,然后根據(jù)攝像機的工作原理，對選用的攝像機進行標定,通過計算機對圖像進行相關的處理，終得到工件在工作環(huán)境中的具體位姿,終引導機器人完成工件的上下料工作。