論文基于機器視覺的工件識別和定位文獻綜述

1、論文基于機器視覺的工件識別和定位文獻綜述1.前言1.1工業(yè)機器人的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢機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)代先進生產(chǎn)制造業(yè)中發(fā)揮的作用越來越重要，機器人技術(shù)的發(fā)展將會對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起到強有力的推動作用?！?l世紀(jì)日本創(chuàng)建機器人社會技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略報告》指出，“機器人技術(shù)與信息技術(shù)一樣，在強化產(chǎn)業(yè)競爭力方面是極為重要的戰(zhàn)略高技術(shù)領(lǐng)域。培育未來機器人產(chǎn)業(yè)是支撐2l世紀(jì)日本產(chǎn)業(yè)競爭力的產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略之一，具

2、有非常重要的意義。”研發(fā)工業(yè)機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)引進工業(yè)機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。因為機器人的使用壽命很長，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)，主要進行焊接、裝配、搬運、加工、噴涂、碼垛等復(fù)雜作業(yè)。伴隨著工業(yè)機器人研究技術(shù)的成熟和現(xiàn)代制造業(yè)對自動生產(chǎn)的需要，工業(yè)機器人越來越被廣

3、泛的應(yīng)用到現(xiàn)代化的生產(chǎn)中?，F(xiàn)在機器人的價格相比過去已經(jīng)下降很多，并且以后還會繼續(xù)下降，但目前全世界范圍的勞動力成本都有所上漲，個別國家和地區(qū)勞動力成本又很高，這就給工業(yè)機器人的需求提供了廣闊的市場空間，工業(yè)機器人銷量的保持著較快速度的增長。工業(yè)機器人在生產(chǎn)中主要有機器人工作單元和機器人工作生產(chǎn)線這兩種應(yīng)用方式，并且在國外，機器人工作生產(chǎn)線已經(jīng)成為工業(yè)機器人主要的應(yīng)用方式。以機器人為核心的自動化生產(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，具有廣闊的市場發(fā)展前景和強勁生命力，已開發(fā)出多種面向汽車、電氣機械等行業(yè)的自動化成套裝備和生產(chǎn)線產(chǎn)品。在發(fā)達國家，機器人自動化生產(chǎn)線已經(jīng)應(yīng)用到了各行各業(yè)，并且已經(jīng)形成一個龐大的產(chǎn)業(yè)鏈。像日本的FANUC、MOTOMAN，瑞典的ABB、德國的KUKA、意大利的COMAU等都是國際上知名的被廣泛用于自動化生產(chǎn)線的工業(yè)機器人。這些產(chǎn)品代表著當(dāng)今世界工業(yè)機器人的最高水平。我國的工業(yè)機器人前期發(fā)展比較緩慢。當(dāng)將被研發(fā)列入國家有關(guān)計劃后

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

6、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的程度也越來越高，所能實現(xiàn)的功能也越來越多，性能越來越好。機器人技術(shù)的內(nèi)涵已變?yōu)椤办`活應(yīng)用機器人技術(shù)的、具有實在動作功能的智能化系統(tǒng)。”目前，工業(yè)機器人技術(shù)正在向智能機器和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢主要為：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)動技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)的實用化；工作環(huán)境設(shè)計的優(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機器視覺在工業(yè)機器人中的應(yīng)用工業(yè)

7、機器人是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。目前在論文機器視覺研究領(lǐng)域中的一個十分重要的理論框架，可以說對機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別理論框架、主動視覺理論框架、視覺集成理論框架等。由于國外對視覺技術(shù)的研究以及將

8、其和機器人相結(jié)合都起步比較早，因此發(fā)展的較好，并且已經(jīng)出現(xiàn)了一些商品化的計算機視覺系統(tǒng)。美國在這方面開展的較早，在20世紀(jì)70年代，美國GM公司試制了能識別傳送帶上機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)對視覺系統(tǒng)都表現(xiàn)出了極大的興趣。80年代初在國際市場上作為商品出售的一個通用機器人系統(tǒng)PUMAVC100，具有識別物體，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)中對工件進行檢測。視覺系統(tǒng)

9、是通過示教訓(xùn)練得到的。以美國國家科學(xué)基金委員會為中心的實用視覺系統(tǒng)的研究飛速發(fā)展。在日本的國家產(chǎn)業(yè)政策中，也把大力發(fā)展實用視覺系統(tǒng)放在了首要地位，進入90年代以后，在電子、汽車、制藥、食品等高效、勞動密集的生產(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)識別對象，依靠積累的經(jīng)驗求解行動規(guī)劃，以及運用

10、邏輯推理的問答能力。它可以穿行房間，搜索、識別指定的對象，并進行“智能”的操作。通用汽車公司開發(fā)出可以在噪聲環(huán)境下工作的機器人視覺系統(tǒng)。Adept公司是全球知名的工業(yè)機器人制造公司，它在研制第一代機器人的時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)驗和比較成熟的技術(shù)，使得其成為美國最大的工業(yè)機器人制造公司。經(jīng)過多年的發(fā)展，美國的智能機器人研究已經(jīng)走在了世界的前列。日本在借鑒其他國家研究智能機器人方面的經(jīng)驗之后，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器人，可以用來完成按圖裝配產(chǎn)品的作業(yè)。德國Siemens公司在工業(yè)圖像處理方面擁有超過20年的經(jīng)驗積累，SIMATICVIDEOMAT是第一個高性能的單色和彩色圖像處理系統(tǒng)，并成為SIMATIC自動化系統(tǒng)中極重要的產(chǎn)品。而1999年推出的SIMATICVS710是業(yè)內(nèi)第一個智能化的、一體化的、帶PROFIBUS接口的、分布式的灰度級工業(yè)視覺系統(tǒng)，它將圖像處

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

13、的進步和生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，基于機器視覺技術(shù)的工業(yè)機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，并在實際生產(chǎn)中得到了很好的應(yīng)用。國外在對基于機器視覺的工業(yè)機器人的研究上已經(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)進行圖像處理以獲得焊縫的形狀數(shù)據(jù)，能有效地進行焊縫跟蹤。澳大利亞Western大學(xué)研制的Australia’sTelerob