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怎样研发具有自主知识产权的高性价比视觉伺服机器人

导语:视觉伺服方面的机器人及部件基本上被国外特别是日本垄断了,那怎样开发一款高性能高性价比的具有自主知识产权的视觉伺服机器人呢? 我们先来看看视觉伺服的基础知识。视觉伺服(v

视觉伺服方面的机器人及部件基本上被国外特别是日本垄断了,那怎样开发一款高性能高性价比的具有自主知识产权的视觉伺服机器人呢?

我们先来看看视觉伺服的基础知识。

视觉伺服(visual servo)的概念,常见于机器人技术方面的研究,是由hill和park于1979年提出的。“伺服”—词源于希腊语“奴隶”的意思 。人们想把“伺服机构”当个得心应手的驯服工具,服从控制信号的要求而动作。在讯号来到之前,转子静止不动;讯号来到之后,转子立即转动;当讯号消失,转子能即时自行停转。由于它的“伺服”性能,因此而得名—伺服系统。 视觉伺服,一般指的是,通过光学的装置和非接触的传感器自动地接收和处理一个真实物体的图像,通过图像反馈的信息,来让机器系统对机器做进一步控制或相应的自适应调整的行为。

视觉伺服的性能依赖于控制回路中所用的图像特征。特征包括几何特征和非几何特征,机械手视觉伺服中常见的是采用几何特征。早期视觉伺服中用到的多是简单的局部几何特征,如点、线、圆圈、矩形、区域面积等以及它们的组合特征,其中点特征应用最多。局部特征虽然得到了广泛应用,而且在特征选取恰当的情况下可以实现精确定位,但当特征超出视域时则很难做出准确的操作。特别是对于真实世界中的物体,其形状、纹理、遮挡情况、噪声、光照条件等都会影响特征的可见性。所以单独利用局部特征会影响机器人可操作的任务范围。近来有人在视觉控制中利用全局的图像特征,如特征向量,几何矩,图像到直线上的投影,随机变换, Fourier描述子等。全局特征可以避免局部特征超出视域所带来的问题, 也不需要在参考特征与观察特征之间进行匹配,适用范围较广,但定位精度比用局部特征低。总之,特征的选取没有通用的方法,必须针对任务、环境、系统的软硬件性能,在时间、复杂性和系统的稳定性之间进行权衡。

机器人网采访了618工业自动化设备有限公司创始人,加拿大归国博士Dr. Wang(王博士)。

王博士给我们介绍了怎样开发高性价比的视觉伺服机器人的思路。

一、首先我们从机器视觉系统市场需求出发

1、自主开发的工业相机满足工业应用的需求

要具有自主知识产品,首先机器视觉中的核心部件要采用自己研发的工业相机。


2、自主研发的高速数据处理部件满足机器视觉的实时性要求

有了高速工业相机,还需要高速数据处理,才能满足实时性要求。


3、机器视觉系统的小型化实现系统的集成

目前,随着机器人部件的越来越精密,对视觉系统的小型化也提出了越来越高的要求。


4、自主知识产权的视觉处理算法,有利于系统的广泛推广应用

算法,是软硬件处理的核心大脑,基于优化的算法,有利于系统的广发推广与应用

 

 

二、设计要求


1、目标是开发一款符合先进制造要求的通用机器人

我们要研发的视觉伺服,不是在某一个领域使用,因此要有通用性,特别是设计阶段,要考虑这个目标。

 

2、性能必须满足未来市场需求

机器人技术的发展日新月异,研发的新技术要满足未来3-5年的超前需求,只有这样才能不会一出来就落后了

 

3、必须采用超低成本方案

目前要想在视觉伺服机器人领域有所建树,必然面临激烈的竞争,而成本与价格是最重要的因素之一

 


4、符合工业现场总线要求

这个自不必说,必须符合工业现场总线要求。

 


5、采用视觉伺服系统解决方案

采用系统化解决方案是成功开发视觉伺服机器人的关键

 

 

三、传统机器人实现方案


1、驱动部件采用日本Sanyo的伺服马达系统

这是导致不能完全自主,而且成本增加的原因


2、减速系统采用日本Nabtesco减速机

同样,系统制造成本也增加了


3、机器视觉系统无系统集成,视觉处理系统外置

这种方式导致了不能与其他系统深度集成处理


4、机器人控制系统外置

这是一种组装式的简单的开发方式,不具备系统性。


四、自主开发解决方案


1、驱动部件采用自主开发的伺服马达系统,与机械本体集成

为了完全自主知识产权,降低成本,便于市场开拓,伺服马达系统必须自主开发。


2、减速系统采用具有自主知识产权,与驱动部件集成的减速机方案

配套的减速系统也需要自主开发


3、集成机器视觉系统,视觉处理系统内置

视觉系统的集成需要内置


4、机器人控制系统内置

成熟的控制系统也需要内置

 

这次我们与618 Dr. Wang初步探讨了怎样开发具有自主知识产权的高性价比视觉伺服机器人的框架,下一期我们将深入分析,介绍干货,欢迎关注机器人网公众号,有兴趣可以加我们微信(Challey)。

 

原创
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