通過HALCON 3D視覺實現機器人與機器視覺軟件實現完美交互

西班牙專業機器人公司 Tekniker 開發出一套解決方案，可自動抓取雜亂放置的零件并整齊擺放。其中集成的機器視覺軟件 MVTec HALCON 利用 3D 視覺技術可確保精確抓取，由此實現整個流程的自動化，加快速度，提高生產效率，進而節約成本。

由機器人進行全自動零件抓取是一項重大的技術挑戰。尤為困難的是，部件傳給機器人時并不總是井然有序，而是雜亂無章，甚至相互重疊。這意味著仍需頻繁人工干預。

西班牙公司 Tekniker 開發出一款基于機器視覺的應用，使用兩臺機器人即可實現全自動分揀。該應用的一大亮點是 3D 視覺技術“基于表面的匹配”，它能可靠地識別傳來的部件，實現精確抓取。

機器視覺 vs 機電一體化系統

西班牙汽車供應商 CIKAUTXO GROUP 是 Tekniker 的客戶之一。Tekniker 為該公司開發了一套機器視覺控制的機器人系統，用于自動進行部件碼垛。機器人將箱子中雜亂擺放的部件取出，然后將它們整齊地放入一個專門適配部件幾何形狀的容器，隨后即可直接進行生產工作流程的后續加工。

“截至目前，部件的碼垛工作都是由人工完成。我們的目標是實現這一流程的端到端自動化，從而加快速度、提高生產效率并節約成本。此外，我們的工人也需要減負，”CIKAUTXO GROUP 自動化和機器人技術區域經理 Kepa Laka 解釋說。要實現流程自動化，一種方案是采用機電一體化系統。然而，這種方法的靈活性和可靠性較低，還會產生大量噪音。因此，Tekniker 決定采用基于機器視覺的解決方案。

系統裝置

系統裝置由兩臺工業機器人、一臺 3D 掃描儀、一臺深度相機、一臺運行機器視覺軟件的 PC 和一個控制單元的 PLC 組成。流程中，先由一臺機器人使用磁性多功能抓取器從進料箱中取出沖壓部件，然后將其放置在兩條傳送帶上。兩條傳送帶上的部件達到一定數量后，停止取出。這一數量由深度相機以及 HALCON 中的 2D 和 3D 視覺工具提供的數據計算得出。

此外，HALCON 還會持續處理來自 3D 掃描儀的數據，為機器人提供傳送帶上最適合抓取的部件的位置和方向。獲得這些數據之后，第二臺機器人就開始從傳送帶上抓取部件，并在 3D 視覺的幫助下對準部件，以便將它們整齊分揀到兩個目標料箱中。第一臺機器人停止從進料箱拾取部件后，也會“幫助”第二臺機器人完成任務。順便一提，作業速度為 8 秒一個部件。在此流程中，部件必須正面朝上插入目標容器內的導桿，誤差為 0.5 毫米。

精確定位雜亂部件

這套裝置的特殊挑戰在于，機器人需要精確識別部件在 3D 空間中的位置和方向，才能安全地將其拾起和放下。“為滿足這一要求，我們開發并集成了 SMARTPICKING 軟件。這款軟件能夠通過分析 3D 數據準確識別物體。SMARTPICKING 解決方案的核心是機器視覺軟件 MVTec HALCON。它提供的先進算法和工具可精確定位傳送帶上雜亂無章的部件，再將拾取點的坐標傳送給機器人，”Tekniker 智能和自動系統部門研究員 Jorge Molina 介紹道。

在具體操作中，使用經典的 3D 圖像處理方法。首先也是最重要的是 HALCON“基于表面的匹配”功能。這項技術使用 3D 掃描儀采集的 3D 點云數據。使用不同的濾波器和預處理算子對數據進行進一步處理，以改進部件的位姿識別。這樣，無論物體表面性質如何，都能非常穩定可靠地對其進行定位。

現在，機器人就可以準確無誤地抓取部件。這套方案適用于工業生產流程中出現的多種不同部件。此外，為了保證抓取流程的安全性，機器人還必須能夠在其坐標系中準確確定 3D 相機與相應物體的相對位置。為此，需要借助 MVTec HALCON 的功能進行手眼標定。這種標定對于建立相機、機器人和待抓取部件之間的關系至關重要。只有這樣，機器人才能“知道”其抓取器相對于待抓取物體的準確位置，即必須將其移動到哪個位置才不會抓空。

3D視覺幫助避免碰撞

在整個拾取和放置工作流程中，必須避免機械臂與各個物體（部件、容器等）之間可能發生的碰撞。這就要用到 HALCON 中集成的“3D 對象處理”技術，它可以確定哪些部件在傳送帶上的位置較為合適，這樣抓取時一開始就不會發生碰撞。在此初步選擇的基礎上，軟件會根據部件高度和方向或抓取點位置等多種決策標準確定最佳候選部件，再將其位置坐標返回給機器人。

這樣，機器人就可以安全地執行下一次抓取過程。這種可控的順序在取出部件時能夠可靠防止碰撞，從而避免中斷工作流程。軟件還能檢測目標容器的剩余容量，判斷是否還能在容器中放置更多部件。

在具體操作中，使用經典的 3D 圖像處理方法。首先也是最重要的是 HALCON“基于表面的匹配”功能。這項技術使用 3D 掃描儀采集的 3D 點云數據。使用不同的濾波器和預處理算子對數據進行進一步處理，以改進部件的位姿識別。這樣，無論物體表面性質如何，都能非常穩定可靠地對其進行定位。

現在，機器人就可以準確無誤地抓取部件。這套方案適用于工業生產流程中出現的多種不同部件。此外，為了保證抓取流程的安全性，機器人還必須能夠在其坐標系中準確確定 3D 相機與相應物體的相對位置。為此，需要借助 MVTec HALCON 的功能進行手眼標定。這種標定對于建立相機、機器人和待抓取部件之間的關系至關重要。只有這樣，機器人才能“知道”其抓取器相對于待抓取物體的準確位置，即必須將其移動到哪個位置才不會抓空。

成效:通過 3D 視覺將流程速度提高 100%

“多虧有 HALCON，我們才能順利實現機器人碼垛流程的自動化和端到端優化，”Jorge Molina 總結道。Kepa Laka 也證實：“我們成功將流程速度提高 100%，同時還減輕了員工的日常工作負擔。”