走向智能制造:机械臂集成视觉的现状与未来

市场走向智能制造

机器人技术和机器视觉在专业研究领域是不同的。机器人技术通常属于机械工程和自动控制工程领域;而机器视觉属于信息工程和电子工程。通过这两大领域专家的合作，可以赋予机器人视觉感知能力。由此可见，机器人视觉是一门高度集成的工程技术，通过机器视觉检测环境中的人和物体，计算其在相机坐标系上的位置，转换为机械臂坐标系，然后驱动电机驱动轴关节对目标进行操作，这是一个看似简单的过程，但实际上隐含着复杂的计算机操作。

手眼关系有其自身的优点和缺点。相对位置决定了臂-摄像机的配合方式。传统的机械手臂编程采用多个手臂运动点的教学，允许手臂在同一点重复相同的动作。由于点是固定的，需要大量的夹具来固定工件或周边加工机械，应用灵活性差。一旦地震或外力改变了手臂与工作区域内物体之间的相对关系，则必须重新教授所有要点。如果将手臂与机器视觉相结合，则可以通过视觉识别和补偿的能力灵活地校正手臂的位置，并可以有效地减少夹具的使用，并可以增加处理多样化和多姿态工件的灵活性。

机器人手臂与摄像头(视觉)如何配合取决于手臂与摄像头的空间关系，也称为手眼关系，可分为“眼手”、“眼手”和“向上看”。

眼对手是指将相机挂在手臂的端轴上。拍照并完成视觉识别后，驱动手臂夹紧工件;眼对手是指相机和手臂分别固定在两个位置上，并且相机在捕捉图像时，手臂在识别过程中可以同时移动，因此有较好的循环时间，但必须使用时保证手臂支架和相机保持固定的相对关系，如果两者之间的关系发生变化，则需要重新校准;对于眼视手结构，也称为二次定位，当手臂抓住工件时，进入相机视场，比较当前姿态与标准姿态的差异，然后进行进一步的姿态补偿。这种模式可以有更好的定位精度。

机械臂集成视觉

需要依靠专业的系统集成，进口自动化第一，精度和生产周期

随着工业的发展，机械臂与机器视觉的融合并不是一件容易的事情。如果最终客户不具备一定的工程能力，他仍然需要具有专业知识的系统集成商的协助。对于机械臂，系统集成商在选择合适的机械臂时必须首先考虑机械臂的长度和负载。臂长可保证有效的工作范围。对于载荷，需要对末端执行器和夹持器等工件进行计算。是否能满足手臂工作的额定负载范围。

另一方面，集成可视化解决方案有多种选择。对于多摄像机需求和高计算负担的情况，通常使用视觉控制器。硬件本质上是一台工业计算机，通常支持两到四个工业相机，并内置图像识别软件，允许用户通过编程解决他们想要解决的视觉识别问题。另一类产品是智能相机，它本身就是一个带有CCD/CMOS传感器的嵌入式计算平台。用户可以根据自己的工作视场选择合适的镜头。该平台还包含视觉处理软件，但计算性能不如视觉控制器，通常用于代码读取和定位。此外，一些系统集成商为了节省成本或增加灵活性，将集成商业或免费的可视化库并开发专用软件。

除了考虑合适的手臂模型和视觉解决方案外，评估自动化病例可行性时最重要的指标是精度和周期时间。足够的精度可以保证每道工序的正确性，预期的生产周期可以用来评估自动化引入后是否提高了生产能力，并计算投资回报率(ROI)。对于上述精度部分，如果通过视觉定位物体，影响整体精度的因素包括相机分辨率、定位算法、手眼关系校正误差、相机镜头校正误差、手臂可重复性、绝对精度等，这些需要依靠经验丰富的机器视觉技术人员才能有效评估。

手臂内置的视觉系统大大降低了集成成本

近年来，协作机器人具有安全性高、能够与工人在同一环境中工作、易于编程、用户学习门槛低等优点，比传统机器人更具优势。带来了新的浪潮。此外，一些机械臂制造商甚至将视觉模块直接集成到机械臂中，成为销售的标准产品。用户只需使用单一的内置软件即可完成手臂运动过程教学和视觉过程编辑，大大降低了用户将手臂与视觉融为一体的原始成本，有效减少了系统调整的时间。

展望未来，随着视觉传感技术的提高和人工智能的快速发展，摄像头获得的图像信息可以从2D升级到3D，甚至RGB-D，其中包含更丰富的色彩和几何信息，而人工智能用于识别的改进机器人将能够更有效地解决物体姿态、物体距离、形状的变化。未来的机器人一定会有更强的感知环境和理解用户的能力。他们可以关注未来机械臂所带来的技术改进。即将到来的工艺创新。

智能工具构建智能制造生态系统

公司需要构建满足自身需求的自动化解决方案，但不可能针对不同的制造过程和应用重新设计生产设备。因此，企业必须选择最好的机器人零部件，为企业实现自动化生产的效益最大化。在使用机器人时，使用合适的配件可以使公司从采购、安装、操作到再开发的过程更加顺畅，并最终成功缩短制造生命周期。

机械臂末端工装(EOAT)通常安装在机械臂末端，用于执行各种任务。例如，机器人的抓手可以灵活地抓取各种材料;或者是能够发出警报并及时纠正机器人位置的强大传感器;机器人快速换刀装置可以加快刀具的更换速度。当机器人配备了这些先进的工具后，它可以转化为具有传感、动作和行为能力的智能设备，可以很容易地用于智能制造。

新一代智能机器人的配件能够满足智能制造对创新、专业、精准的要求。这些配件也改变了工业、制造业、电子商务和农业的经济模式。这些行业逐渐引入了机械臂终端工具、内置技术、智能功能，从而大大降低了制造成本和时间。

如果台湾企业能够以更低的成本推动智能制造，就能够引领制造业走上新的道路，加快台湾工业4.0的步伐。智能机器人终端工具的应用是推动企业自动化的一种既经济实惠又高度可行的方式。

随着自动化机器人的应用在世界范围内越来越普及，机械臂终端工具的前景也十分看好;2020年全球机械臂终端工具市场规模将达到92亿美元，复合年增长率(CAGR)接近9%。国际机器人联合会表示，到2021年，全球每年向工厂供应的机器人数量将达到63万台，年复合增长率将高达14%。

加快智能自动化普及

在实施定制化解决方案时，使用配备机械臂终端工具的机器人可以提高工作效率，并允许企业创造新的应用，因为机械臂终端工具可以有效地提高机器人的效率和灵活性。事实上，自动化过程的效率和安装在机器人上的抓取器与其他智能工具密切相关。

现代抓手和动力传感器显示了智能机器人配件的无限潜力。在协作应用中，公司不仅希望机器能够执行高效的自动化任务，还希望能够远程操作机器人并在线诊断问题。配备智能硬件和软件的智能机械臂终端工具可以帮助收集和分析数据并及时提供反馈，以增强机器人的功能。

通过机械臂终端工具，机器可以更轻、更智能、更自主，并能高效执行各种人机协作应用，使企业的自动化操作更容易、更经济。

选择合适的机器人配件是必要的——使用机器人的好处取决于安装在机器人上的工具和配件。机械臂终端工具可以实现工具与机器人之间的双向通信，提高操作效率和生产率。比如，高精度的抓手可以利用内置的技术来模仿人类指尖的动作，比如拾取和放置易碎物品，这样就不会对拾取的物品造成损坏。

机械臂终端工具将人机交互的可能性推向了一个更高的水平，因为现代夹具非常精确，它们甚至可以夹住用于制造计算机处理器的晶圆，扭矩传感器可以更精确地定位和检测物体的位置。这些内置传感器的夹具可用于精确的制造过程，并有效地完成工作。

现代工业环境需要面向应用的解决方案

对于特殊的生产作业，一些公司采用传统的方法，根据不同的商业模式，创建定制的工具。然而，这种方法不仅增加了公司的成本，而且过程不灵活。另一方面，抓手、传感器或其他应用更适用。面向的解决方案可以针对不同的形状、尺寸和材料进行定制。相比之下，使用传统制造方法的公司在商业机会方面处于相当不利的地位。

这些终端工具不仅灵活，而且用途广泛，适用于各种制造环境。它们的适应性、内置的先进技术和流畅的信息同化能力可以帮助缩短制造周期并减少停机时间。终端设备的优势为其他硬件解决方案提供了更多的选择，降低了引入机器人解决方案的成本，同时降低了采用自动化的障碍。总而言之，使用机械臂终端工具可以为企业节省资金。

全自动解决方案

科技的飞速发展推动着各行各业的变革。为了降低成本和提高运营灵活性，公司必须考虑自动化制造。为了实现上述目标，在协作应用中发挥重要作用的机器人配件需要变得更加智能。通过引入智能技术和工具，企业可以满足日益增长的工业机械化需求。