論文基于機(jī)器視覺的工件識(shí)別和定位文獻(xiàn)綜述

1、論文基于機(jī)器視覺的工件識(shí)別和定位文獻(xiàn)綜述1.前言1.1工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)機(jī)器人作為一種最典型的應(yīng)用范圍廣、技術(shù)附加值高的數(shù)字控制裝備，在現(xiàn)代先進(jìn)生產(chǎn)制造業(yè)中發(fā)揮的作用越來越重要，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展將會(huì)對(duì)未來生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展起到強(qiáng)有力的推動(dòng)作用?！?l世紀(jì)日本創(chuàng)建機(jī)器人社會(huì)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告》指出，“機(jī)器人技術(shù)與信息技術(shù)一樣，在強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力方面是極為重要的戰(zhàn)略高技術(shù)領(lǐng)域。培育未來機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是支撐2l世紀(jì)日本產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略之一，具

2、有非常重要的意義?！毖邪l(fā)工業(yè)機(jī)器人的初衷是為了使工人能夠從單調(diào)重復(fù)作業(yè)、危險(xiǎn)惡劣環(huán)境作業(yè)中解脫出來，但近些年來，工廠和企業(yè)引進(jìn)工業(yè)機(jī)器人的主要目的則更多地是為了提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量。因?yàn)闄C(jī)器人的使用壽命很長(zhǎng)，大都在10年以上，并且可以全天后不間斷的保持連續(xù)、高效地工作狀態(tài)，因此被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，主要進(jìn)行焊接、裝配、搬運(yùn)、加工、噴涂、碼垛等復(fù)雜作業(yè)。伴隨著工業(yè)機(jī)器人研究技術(shù)的成熟和現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)自動(dòng)生產(chǎn)的需要，工業(yè)機(jī)器人越來越被廣

3、泛的應(yīng)用到現(xiàn)代化的生產(chǎn)中。現(xiàn)在機(jī)器人的價(jià)格相比過去已經(jīng)下降很多，并且以后還會(huì)繼續(xù)下降，但目前全世界范圍的勞動(dòng)力成本都有所上漲，個(gè)別國(guó)家和地區(qū)勞動(dòng)力成本又很高，這就給工業(yè)機(jī)器人的需求提供了廣闊的市場(chǎng)空間，工業(yè)機(jī)器人銷量的保持著較快速度的增長(zhǎng)。工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)中主要有機(jī)器人工作單元和機(jī)器人工作生產(chǎn)線這兩種應(yīng)用方式，并且在國(guó)外，機(jī)器人工作生產(chǎn)線已經(jīng)成為工業(yè)機(jī)器人主要的應(yīng)用方式。以機(jī)器人為核心的自動(dòng)化生產(chǎn)線適應(yīng)了現(xiàn)代制造業(yè)多品種、少批量的柔性生

4、產(chǎn)發(fā)展方向，具有廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景和強(qiáng)勁生命力，已開發(fā)出多種面向汽車、電氣機(jī)械等行業(yè)的自動(dòng)化成套裝備和生產(chǎn)線產(chǎn)品。在發(fā)達(dá)國(guó)家，機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線已經(jīng)應(yīng)用到了各行各業(yè)，并且已經(jīng)形成一個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)鏈。像日本的FANUC、MOTOMAN，瑞典的ABB、德國(guó)的KUKA、意大利的COMAU等都是國(guó)際上知名的被廣泛用于自動(dòng)化生產(chǎn)線的工業(yè)機(jī)器人。這些產(chǎn)品代表著當(dāng)今世界工業(yè)機(jī)器人的最高水平。我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人前期發(fā)展比較緩慢。當(dāng)將被研發(fā)列入國(guó)家有關(guān)計(jì)劃后

5、，發(fā)展速度就明顯加快。特別是在每次國(guó)家的五年規(guī)劃和“863”計(jì)劃的重點(diǎn)支持下，我國(guó)機(jī)器人技術(shù)的研究取得了重大發(fā)展。在機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)方面都取得了巨大進(jìn)展，科技成果已經(jīng)在實(shí)際工作中得到轉(zhuǎn)化。以沈陽新松機(jī)器人為代表的國(guó)內(nèi)機(jī)器人自主品牌已迅速崛起并逐步縮小與國(guó)際品牌的技術(shù)差距。機(jī)器人涉及到多學(xué)科的交叉融合，涉及到機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、通訊、控制等多個(gè)方面。在現(xiàn)代制造業(yè)中，伴隨著工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用范圍的擴(kuò)大和機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的自動(dòng)化、

6、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的程度也越來越高，所能實(shí)現(xiàn)的功能也越來越多，性能越來越好。機(jī)器人技術(shù)的內(nèi)涵已變?yōu)椤办`活應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)的、具有實(shí)在動(dòng)作功能的智能化系統(tǒng)?！蹦壳?，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正在向智能機(jī)器和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢(shì)主要為：結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化；控制技術(shù)的開放化、PC化和網(wǎng)絡(luò)化；伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)的實(shí)用化；工作環(huán)境設(shè)計(jì)的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面。1.2機(jī)器視覺在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用工業(yè)

7、機(jī)器人是FMS（柔性加工）加工單元的主要組成部分，它的靈活性和柔性使其成為自動(dòng)化物流系統(tǒng)中必不可少的設(shè)備，主要用于物料、工件的裝卸、分撿和貯運(yùn)。目前在論文機(jī)器視覺研究領(lǐng)域中的一個(gè)十分重要的理論框架，可以說對(duì)機(jī)器視覺的全球性研究熱潮是從20世紀(jì)80年代開始的，到了80年代中期，機(jī)器視覺獲得了蓬勃發(fā)展，新概念、新方法、新理論不斷涌現(xiàn)，比如，基于感知特征群的物體識(shí)別理論框架、主動(dòng)視覺理論框架、視覺集成理論框架等。由于國(guó)外對(duì)視覺技術(shù)的研究以及將

8、其和機(jī)器人相結(jié)合都起步比較早，因此發(fā)展的較好，并且已經(jīng)出現(xiàn)了一些商品化的計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)。美國(guó)在這方面開展的較早，在20世紀(jì)70年代，美國(guó)GM公司試制了能識(shí)別傳送帶上機(jī)械零件的視覺檢查系統(tǒng)。到了80年代，由于微處理器的普及，各行業(yè)對(duì)視覺系統(tǒng)都表現(xiàn)出了極大的興趣。80年代初在國(guó)際市場(chǎng)上作為商品出售的一個(gè)通用機(jī)器人系統(tǒng)PUMAVC100，具有識(shí)別物體，確定物體位置坐標(biāo)的能力，其所使用的視覺算法允許在材料加工或裝配系統(tǒng)中對(duì)工件進(jìn)行檢測(cè)。視覺系統(tǒng)

9、是通過示教訓(xùn)練得到的。以美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金委員會(huì)為中心的實(shí)用視覺系統(tǒng)的研究飛速發(fā)展。在日本的國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策中，也把大力發(fā)展實(shí)用視覺系統(tǒng)放在了首要地位，進(jìn)入90年代以后，在電子、汽車、制藥、食品等高效、勞動(dòng)密集的生產(chǎn)線上，工業(yè)視覺系統(tǒng)已是不可缺少的一部分，起到了人眼所不能起的作用，有力地保證了產(chǎn)品質(zhì)量。斯坦福研究所早期研制的機(jī)器人（Shkey）是一種典型的“眼－車”系統(tǒng)，它的主要功能是在視野范圍內(nèi)識(shí)別對(duì)象，依靠積累的經(jīng)驗(yàn)求解行動(dòng)規(guī)劃，以及運(yùn)用

10、邏輯推理的問答能力。它可以穿行房間，搜索、識(shí)別指定的對(duì)象，并進(jìn)行“智能”的操作。通用汽車公司開發(fā)出可以在噪聲環(huán)境下工作的機(jī)器人視覺系統(tǒng)。Adept公司是全球知名的工業(yè)機(jī)器人制造公司，它在研制第一代機(jī)器人的時(shí)候就考慮了加入視覺系統(tǒng)，因此在二十幾年的發(fā)展過程中，獲得了豐富的經(jīng)驗(yàn)和比較成熟的技術(shù)，使得其成為美國(guó)最大的工業(yè)機(jī)器人制造公司。經(jīng)過多年的發(fā)展，美國(guó)的智能機(jī)器人研究已經(jīng)走在了世界的前列。日本在借鑒其他國(guó)家研究智能機(jī)器人方面的經(jīng)驗(yàn)之后，現(xiàn)

11、在在這方面的研究已經(jīng)走在了世界的前列。日立中央研究所研制的具有自主控制功能的智能機(jī)器人，可以用來完成按圖裝配產(chǎn)品的作業(yè)。德國(guó)Siemens公司在工業(yè)圖像處理方面擁有超過20年的經(jīng)驗(yàn)積累，SIMATICVIDEOMAT是第一個(gè)高性能的單色和彩色圖像處理系統(tǒng)，并成為SIMATIC自動(dòng)化系統(tǒng)中極重要的產(chǎn)品。而1999年推出的SIMATICVS710是業(yè)內(nèi)第一個(gè)智能化的、一體化的、帶PROFIBUS接口的、分布式的灰度級(jí)工業(yè)視覺系統(tǒng)，它將圖像處

12、理器、CCD、1O集成在一個(gè)小型機(jī)箱內(nèi)，提供PROFIBUS的聯(lián)網(wǎng)方式（通訊速率達(dá)12Mbps）或集成的UO和RS232接口。OMS視覺系統(tǒng)，是由原聯(lián)邦德國(guó)制造生產(chǎn)的商業(yè)通用系統(tǒng)，它能夠完成物體的識(shí)別及特征的檢測(cè)等任務(wù)，操作模式可以是交互式的、主動(dòng)的以及被動(dòng)的三種，典型的應(yīng)用是機(jī)械零件的分類、裝配以及質(zhì)量控制等。此外，加拿大、比利時(shí)等國(guó)，在圖像采集、圖像處理等方面都具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。1.4國(guó)外機(jī)器人制造商生產(chǎn)的視覺工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品伴隨著科技

13、的進(jìn)步和生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，基于機(jī)器視覺技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人的研究越來越得到廣泛的關(guān)注，并且已經(jīng)出現(xiàn)一大批科技成果，并在實(shí)際生產(chǎn)中得到了很好的應(yīng)用。國(guó)外在對(duì)基于機(jī)器視覺的工業(yè)機(jī)器人的研究上已經(jīng)做了很多工作，并且已經(jīng)有很多突破性成果。日本學(xué)者S.Murakami等研究的弧焊機(jī)器人焊縫跟蹤控制系統(tǒng)，采用了視覺傳感器并用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行圖像處理以獲得焊縫的形狀數(shù)據(jù)，能有效地進(jìn)行焊縫跟蹤。澳大利亞Western大學(xué)研制的Australia’sTelerob