20多年來，機器視覺的開創者們(men) 一直在預測什麽(me) 時候能夠出現可以從(cong) 零件箱中任意揀選零件的機械手。也就是說利用機器視覺導向的機械手，確定零件在一個(ge) 零件箱內(nei) 或容器內(nei) 的位置，然後從(cong) 一大堆胡亂(luan) 堆放的零件中抓取某個(ge) 零件。
早期開發這一技術的人們(men) 認為(wei) ，由於(yu) 隨機“零件揀選”係統具有高度的靈活性，因此會(hui) 給製造廠節約很大的費用，工人再也不需要裝卸來自供貨商的零件箱。在加工生產(chan) 線上，昂貴的工裝卡具、工具及以零件為(wei) 目標的進料器可以被隨機化“箱中揀選零件”的係統所取代。

可惜，上世紀80年代初，這一被認為(wei) 可行的技術不得不麵對殘酷的現實。在實驗室開發的“揀選”係統無法轉化為(wei) 工廠的實際應用。人們(men) 發現有時候你會(hui) 碰到部分零件重疊，照明的變化也會(hui) 影響到“揀選”的工作進度。當時的計算機在處理大量數據方麵也遇到了障礙，使問題複雜化。

最後，隻好先研究不太複雜的二維機械手導向方案，即從(cong) 運動的傳(chuan) 送帶上撿取單一的零件，這相對來說比較通用。而普遍的隨機“揀選”應用方案始終沒有實現，直到今天這仍然是工業(ye) 界的一項挑戰。不過，現在有越來越多的跡象表明以機器視覺為(wei) 導向的機械手“揀選”越來越接近現實。機械手經銷商，包括Fanuc公司、Motman公司和Staubli公司都推出了“揀選”係統。

豐(feng) 田汽車製造廠已經在其發動機零件加工線上使用了5個(ge) 機械手的“揀選”係統，係統采用ABB公司的機械手，配有三維圖像技術，該技術由Braintech 公司提供。有人說零件全麵實行隨機“揀選”方案是不切實際的，如彈簧或幾何形狀複雜的零件就不宜在早期采用“揀選”方案。相反，經銷商更關(guan) 注比較簡單和幾何形狀容易識別的零件，其中包括圓柱形或圓形的零件。豐(feng) 田公司的係統隻屬於(yu) “半隨機”或“半限製”性的“揀選”係統，也就是說在這些係統中，零件並非全部能任意抓取，零件在箱中是鬆散分布的。

在TRW公司，當製動轉子鑄件從(cong) 供貨商抵達工廠時，零件堆放在一起，相互之間沒有什麽(me) 東(dong) 西隔開，裝運時易於(yu) 搬動。TRW公司過去依靠人工操作，加上提升裝置協助裝卸鑄件。在某些情況下，工廠還使用非視頻裝備的零件揀選係統。非視頻零件揀選係統每抓一個(ge) 零件需要20秒鍾，但由於(yu) 零件在木箱中不斷變換，也許會(hui) 因為(wei) 抓取失誤，而不得不再用20秒鍾從(cong) 木箱中撿取不同的零件。
非視頻係統也許對於(yu) 低批量生產(chan) 線來說效果很好，因為(wei) 鑄件的抓放時間為(wei) 每60秒鍾一個(ge) 。但在工廠的新生產(chan) 線上，其所允許的零件抓放周期為(wei) 15秒鍾，於(yu) 是不許采用一套有視頻導向的“揀選”係統。

JMP公司為(wei) TRW公司提供了兩(liang) 套係統。每套係統配置了一套由Fanuc公司提供的Fanuc 710ib-45機械手和一台帶有VisionPro軟件的攝像機，該機由Cognex公司提供，還配有來自Shafi公司的Reliabot軟件，由其控製著機械手/視頻之間的通信及機械手的導向功能。JMP公司的生產(chan) 經理Ken McLaughlin先生說，Cognex公司的攝像頭安裝在機械手臂上，可用於(yu) 確定零件的X和Y坐標，機械手臂上還裝有紅外（IR）傳(chuan) 感器，用於(yu) 尋找零件箱中某一堆零件層的高度。

當操作員將裝有堆疊鑄件的零件箱放入係統時，觸動起動按鈕，機械手開始升到一個(ge) 高度，攝像頭攝取圖像，包括確定所有堆放零件的X-Y位置，然後用IR傳(chuan) 感器確定每一堆零件的高度，之後決(jue) 定夾取順序。如果發現有零件的高度不正常，它會(hui) 繼續探測，直至其水平與(yu) 其他堆疊零件的水平一致。

由於(yu) 采用了視頻導向係統，即使零件堆放箱傾(qing) 斜了20度，機械手仍可抓取零件。經過特殊設計的受動器與(yu) 隨動機構連接，保證部分零件的朝向和角度適合於(yu) 零件的夾取。被夾取的零件由機械手放到傳(chuan) 送器上，然後傳(chuan) 送到加工係統上，整個(ge) 過程在12秒周期時間內(nei) 完成，滿足了TRW公司的15秒要求。

在開發TRW係統的過程中，按照Mclaughlin先生的說法將它叫做“2.5維視頻”係統，它能找到一個(ge) 零件的X、Y和Z坐標，同時使用端部受動器，以使補償(chang) 零件滾動、節距和偏轉等變化。而三維係統則采用兩(liang) 台攝像機，以立體(ti) 模式工作，它可以在6度的自由範圍內(nei) 確定零件的位置。

如果是形狀複雜的零件，如支管或變速箱零件就需要采用“半隨機”方案，在零件箱內(nei) 需要特別裝置，使零件保持一定的方向性。但圓形或圓柱形一類形狀相對簡單的零件，如製動轉子，無論采用半隨機或全隨機模式都可撿取。

Fanuc的“揀選”技術依賴於(yu) 一台固定安裝於(yu) 零件箱上方的攝像頭，通過這一攝像頭可以找到“大致位置”，鑒別和排列15個(ge) 待夾取的候選件。其軟件通過匹配算法，將看到的零件從(cong) 多個(ge) 方向和角度與(yu) 數據庫中待撿取的零件試樣進行比較，然後找到需要夾取的零件。安裝在機械手上的一個(ge) Fanuc傳(chuan) 感器，用於(yu) 各個(ge) 零件的“精密定位”。攝像頭首先尋找X和Y坐標位置以及零件的名稱，同時與(yu) 攝像頭成一定安裝角度的激光器根據三角測量技術提供Z坐標、偏轉和節距。機械手運行到由“大致定位”鑒別出第一個(ge) 零件，然後檢查；如果是它所看到的，機械手就夾取這一零件，如果不是，機械手再移動到第二個(ge) 零件上。
由於(yu) 多種原因可能會(hui) 造成係統錯過所要撿取的零件，錯過的越多，係統搜索零件所花的時間就越長。通過對係統零件不斷地精密調整後，Fanuc係統隨機抓放零件所需的平均工作周期已從(cong) 2002年的22秒鍾下降到今天的15秒鍾。

Motoman公司已與(yu) Shafi公司在“揀選”技術的應用方麵形成了戰略關(guan) 係，關(guan) 於(yu) 這一技術，人們(men) 已經等待了很長時間，但“揀選”技術並不是一劑萬(wan) 能良藥，也不是一切應用領域的終極目標。人們(men) 應該認識到它對某些應用領域是有意義(yi) 的，但對其他的應用領域就不一定。

Shafi公司也有同感。例如在某些“揀選”應用領域，可靠的抓放操作需要兩(liang) 個(ge) 過程。你需要將零件從(cong) 箱中取出來，然後放下或重新夾起，或者進行其他的操作，總之是用機械手將零件精密地放到目標位置上。在工廠，人們(men) 所關(guan) 心的是能否將它撿取，是否能在每隔X秒鍾的時間內(nei) 使它精確就位。

機械手隨機“揀選”的周期時間取決(jue) 於(yu) 機械手的工藝流程，以及在特定的應用領域內(nei) ，機械手需要移動的距離。為(wei) 了使“揀選”係統切實可行，必須使攝像頭在2或3秒的時間內(nei) 完成確認。對於(yu) 幾何形狀簡單的零件而言，Shafi公司已經達到了目標，時間降低到4至6秒，主要是因為(wei) 他們(men) 采用了較快的處理器，算法也有所改進。

從(cong) 某種程度而言，“揀選”方案是否獲得成功，關(guan) 鍵在於(yu) 零件的不同幾何形狀和應用要求，Shafi公司開發的“揀選”係統依賴於(yu) 固定安裝的攝像機、機械手上安裝的攝像機以及那些使用激光器的照明裝置。

另一項技術涉及到獲取零件的三維位置，即以很快的速度，攝取零件的2至3個(ge) 圖像，每個(ge) 圖像采用不同的照明，以便協助確定其三維位置。尤其是當零件的一部分被擋住時，采用這一技術特別有效。#p#分頁標題#e#



如果某種應用領域允許的話，最好還是采用固定安裝的攝像機方案。在一個(ge) 零件被揀取後，攝像頭將移到下一個(ge) 被抓取的零件上，同時機械手抓放另一個(ge) 零件。而如果是安裝在機械手上的移動攝像頭可能會(hui) 遇到被碰撞的風險，如碰到零件箱或其它零件，而固定安裝的攝像頭則不用操心這個(ge) 問題。