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机器视觉系统对于包装领域的重要性
发布者:铝箔包装  发布时间:2014-8-5 20:18:47  阅读:698次 【字体:

机器人不但具有替代人工和减少经营成本的优势,而且还会派生出一些新的工作岗位。这就要求以后的工人在机器人设计、功能集成,具体操作和机器人维修等方面具有更高的技术水平。


  包装机器人是近年来国内包装生产领域发展较为迅速的行业之一,已经逐渐呈现出高端、大型、精密复杂的发展态势,成为推动我国成为包装机械制造强国的重要力量。


  未来的机器人包装系统将会是什么样的呢?机械设备制造商和自动化解决方案供应商正在帮助包装业提高机器人的工作能力,将其多种功能融入到机械控制系统之中。同时,一波新的传感器可能会应用到机器人身上--视觉传感器、飞行时间传感器、力/力矩传感器和触觉传感器。未来的机器人包装系统将是一个更加简化、更加集成化和更加经济的控制机构,再加上采用更为复杂的传感技术。


  机器人在包装行业中的应用正在发生变化


  让我们先说说其发展现状:很明显,机器人的种类非常多。当前,包装机械制造商正在寻求各种方法,以减少生产人员的编制和降低运行成本,同时设法处理好越来越多的产品种类变化问题,并通过采用机器人系统的方式,提高灵活的自动化生产水平。


  然而,包装业机器人的发展也在以不太明显的方式发生变化。美国沃尔密集市的自动化设备供应商罗克韦尔自动化公司包装业务开发经理Leo Petrokonis先生说:"机械设备制造商和自动化解决方案供应商正在帮助包装业提高机器人的工作能力,将其多种功能融入到机械控制系统之中。"
  包装机器人:不只是强壮有力更是智能便捷


  为了达到这一集成化的目标,机械设备制造商有三种主要选择。第一种是通过以太网的网络连接。在这一选项中,将机器人控制系统与机械控制系统连接在一起。操作员可以使用一个单一的人机界面(HMI)终端设备控制机器人和包装机械工作,但每个机器人仍然拥有其各自的控制器。第二种方式称为嵌入式集成化系统,其中控制器通过背板与机器人进行通信联系,向其发出指令并注意其工作状况。第三种方式可为最终用户提供最大的好处,这是一种全部集成化的应用方式,其中机器人被直接纳入到主控制系统之中,而机器人本身并不需要安装独立的控制器。从两个控制器发展到一套控制系统,降低了系统的复杂性,简化了编程工作,削减了编程和技术支持成本,减小了机械设备的占地面积,并允许其更快地发挥潜在的通信功能和提高数据处理能力。


  自然而然地发展


  "当Delta机器人第一次来到现场工作时,他们通常利用机械手上的吸盘来捡取和放置小物件,"纽约州的Applied应用机器人公司开发工程师Clay Cooper先生解释说。然后,随着各种应用领域的不断增加,Delta机器人开始承担越来越复杂的任务。今天,随着他们有效载荷和速度的不断提高,他们可以完成更多的工作任务,不久的将来,它们的应用范围将会更广,因为正如他所说的那样:"对自动化的需求将继续为Delta机器人的应用打开新的大门。"然而,应用于Edson公司VI型装箱机上的AEMK Delta机器人--DeltaBot明显不同于制造商们经常看到的那种Delta机器人。DeltaBot机器人的手臂由钢索制成,而不是采用刚性的金属或碳纤维手臂。这一设计是由安大略省沃特卢大学的机械电子工程系开发的,Khajepour先生是该大学的一名教授。


  据Khajepour教授介绍,重量相对较轻的钢索降低了机械手臂的惯性,从而提高了机器人的速度(据AMEK公司报告,其设计速度为每分钟捡取和摆放120次)。当惯性趋于降低的状态时,其准确性也相对提高。在改为采用钢索以后,也使得机器人的制造成本减少,维护费用进一步降低。


  机器视觉市场膨胀


  正如Edson系统那样,在现今的包装界,Delta机器人是一个非常普遍的应用实例,这也说明了机器视觉系统十分流行。就在几年前,配有默认计视觉系统的集成化机器人还被看作是非凡的高科技产品。


  但自从那时候起,由于视觉系统组件的标准化程度不断提高,促使工程设计费用和安装成本逐步下降,于是工业生产领域对机器视觉的应用需求也越来越大。这反过来又导致供应商利用这一发展机遇,推出了越来越多的视觉传感器,使机器视觉系统得到了更广泛的运用。 这就是Dick Motley先生所看到的事实。Motley先生是密歇根州发那科机器人美国公司包装机械成套网络部的全国业务经理,他说他已经观察到人们对发那科公司的内置iRVision视觉系统的需求越来越大。现在,越来越多的集成商和最终用户认识到机器视觉系统带来的众多好处。 按照发那科公司物料搬运和视觉系统高级产品经理Steve Prehn先生的说法,这一增长的需求不仅仅是针对普通的视觉系统,而且还包括三维立体视觉系统。他坚持说:"在今后的十年或不到十年的时间内,三维视觉系统可能会成为机器人的标准设备。"


  具备识别各种特点的能力,并能够对环境的变化作出正确的反应,显然是机器人发展道路上的一个关键转折点。机器视觉系统需要一个图像,人们需要教会它使用算法来找出所需的东西。从本质上来说,图像就是数据,由一系列的像素组成,每个像素都有一个灰度值。图像处理算法创建以后,就能认识图像数据中的各种模式或结构。借助于摄像头,操作员就可掌握产品的特点,采用数学计算的方法找出物件在空间的位置,引导机器人去找到这个物件。


  该机器人知道在哪里可以摄取图像,因此它能够识别某个物体的位置,并对其尺寸的大小作出判断,究竟是物件A还是物件B,确定其是否错误或是正确。不管该机器人采用什么样的程序运行,它都可以按照图像和算法去适应。举例来说,如果一个物件比另一个物件更大,那么该机器人可能会选择一条不同的路径运行。或者说,物件A可能不得不在一个不同的位置上被机器人先放下来。现在,当采用单一的二维摄像头确定零件位置的时候,必须作出某些假设。"如果假定在Z坐标(离摄像头的距离)未发生变化的情况下,二维系统将会找到一个零件的X和Y坐标,"Prehn先生解释说,"如果该物件靠近摄像头,或者以不同的角度倾斜,也就是说Z坐标发生变化,此时,机器人计算出的物件大小也会发生变化。因此,传统的二维系统可能会错误地计算空间中的物件位置。而采用三维系统就更为可靠,它能够让机器人确切地知道该物件的位置,从而使其干净利落地捡取这个物件。


  包装中的感知


  Prehn先生说,机器视觉系统对包装领域是至关重要的。食品制成后往往会通过传送带或一个滑坡进入到食品分拣区。食品最终进入到不同的位置以后需要分拣、导向和放入到包装盒内。视觉系统可帮助机器人找到该产品,然后再进行包装处理。


  在木制托盘上堆放物件和搬运时,三维视觉系统还占有特别的性能优势。物件不但有可能会从一侧转移到另一侧,而且还可能会形成不同的高度或不同的角度。托盘很容易被叉车损坏,这种损坏会给视觉系统造成托盘上物件零乱的现象。"机器人在搬运堆放在托盘上的物件或盒子时,不能盲目地以为它们总是处在始终不变的同一位置上,"Prehn先生说。


  按照俄亥俄州卡罗尔顿市Yaskawa America有限公司的机器人生产部技术主任Erik Nieves先生的说法,这里的关键是利用多种传感技术来达到一些感知目的。"机器人的未来是与感知技术的发展紧密联系在一起的,"他认为,"一波新的传感器可能会应用到机器人身上--视觉传感器、飞行时间传感器、力/力矩传感器和触觉传感器,但单独依靠传感器还是不够的,它们只是数据而已。"Nieves先生说,关键是开发算法,使这些多渠道传感器信息流能够一起被分析,以达到更高水平的综合分析能力。"这就是所谓的知觉。不管该机器人是应用于组装、检验、校准哪个环节,必须采用智能传感技术,这一点是极为重要的。"发那科公司的Steve Prehn先生表示赞同:"具备识别各种特点的能力,并能够对环境的变化作出正确的反应,显然是机器人发展道路上的一个关键转折点"。他认为发那科公司在某些应用领域将机器视觉与触觉和力反馈系统一起应用就说明了这一点。


  "例如,一个客户最近找我们帮助他们解决一个问题,要求让一个物件非常快速和准确地在一个不太平整的表面上就位,"Prehn先生说。这一挑战要求他们计算出机器人放置该物件的最合适平面以及该物件放置后需要占用的表面积。"一旦当该物件被垂直地放置到表面以后,机器人需要施加多少压力才能使物件与该表面相匹配,并确保物件既能灵活移动,又能达到最大的表面接触力。这就需要视觉系统围绕力的方向测量力矩,告诉机器人如何改变施加到物件上的压力,"他解释说。Prehn先生最后说,在未来的机器人应用领域中,这种复杂的情况将会越来越普遍。

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