工业机器人视觉系统.docx
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工业机器人视觉系统
工业机器人及机器人视觉系统
人类想要实现一系列的基本活动,如生活、工作、学习就必须依
靠自身的器官,除脑以外,最重要的就是我们的眼睛了,(工业)机器
人也不例外,要完成正常的生产任务,没有一套完善的,先进的视觉系
统是很难想象的。
机器视觉系统就是利用机器代替人眼来作各种测量和判断。
它是
计算科的一个重要分支,它综合了光学、机械、电子、计算机软硬件等
方面的技术,涉及到计算机、图像处理、模式识别、人工智能、信号处
理、光机电一体化等多个领域。
图像处理和模式识别等技术的快速发展,
也大大地推动了机器视觉的发展。
机器视觉系统的应用
在生产线上,人来做此类测量和判断会因疲劳、个人之间的差异等产生误差和错误,
但是机器却会不知疲倦地、稳定地进行下去。
一般来说,机器视觉系统包括了照明系统、镜
头、摄像系统和图像处理系统。
对于每一个应用,我们都需要考虑系统的运行速度和图像的
处理速度、使用彩色还是黑白摄像机、检测目标的尺寸还是检测目标有无缺陷、视场需要多
大、分辨率需要多高、对比度需要多大等。
从功能上来看,典型的机器视觉系统可以分为:
图像采集部分、图像处理部分和运动控制部分
工作过程
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一个完整的机器视觉系统的主要工作过程如下:
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1、工件定位检测器探测到物体已经运动至接近摄像系统
的视野中心,向图像采集部分发送触发脉冲。
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2、图像采集部分按照事先设定的程序和延时,分别向摄
像机和照明系统发出启动脉冲。
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3、摄像机停止目前的扫描,重新开始新的一帧扫描,或
者摄像机在启动脉冲来到之前处于等待状态,启动脉冲到来后启动一帧
扫描。
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4、摄像机开始新的一帧扫描之前打开曝光机构,曝光时
间可以事先设定。
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5、另一个启动脉冲打开灯光照明,灯光的开启时间应该
与摄像机的曝光时间匹配。
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6、摄像机曝光后,正式开始一帧图像的扫描和输出。
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7、图像采集部分接收模拟视频信号通过A/D将其数字化,
或者是直接接收摄像机数字化后的数字视频数据。
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8、图像采集部分将数字图像存放在处理器或计算机的内
存中。
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9、处理器对图像进行处理、分析、识别,获得测量结果
或逻辑控制值。
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10、处理结果控制流水线的动作、进行定
位、纠正运动的误差等。
优点
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机器视觉系统的优点有:
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1、非接触测量,对于观测者与被观测者都不会产生任何
损伤,从而提高系统的可靠性。
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2、具有较宽的光谱响应范围,例如使用人眼看不见的红
外测量,扩展了人眼的视觉范围。
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3、长时间稳定工作,人类难以长时间对同一对象进行观
察,而机器视觉则可以长时间地作测量、分析和识别任务。
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4、机器视觉系统的应用领域越来越广泛。
在工业、农业、
国防、交通、医疗、金融甚至体育、娱乐等等行业都获得了广泛的应用,
可以说已经深入到我们的生活、生产和工作的方方面面。
科幻电影中的智能机器人
———如下图所示是一种有电脑操控的加工机械装置。
———该装置主要通过前端的摄像头对被加工对象进行图像采集和加
工定位,从而完成加工。
———机械类的各部件的精度由工人的熟练程度和工作经验以及加工
工具(如各类机床)到如今的由数字化和智能化的加工设备(如数控机
床),更多的能适应社会需要和发展的高精度,高难度的零件被加工出
来。
视觉系统简单来说就可以用三个及独立又相互联系的模块来概括:
目标
物图像的采集、图像的处理、指令的发出。
视觉系统的设计分为软件设计和硬件设计两大部分。
视觉系统的硬件设计
视觉系统的硬件主要由镜头、摄像机、图像采集卡、
输入输出单元、控制装置构成。
一套视觉系统的好坏则分别取决于摄像机像素的高
低,硬件质量的优劣,更重要的是各个部件间的相互
配合和合理使用。
——在恶劣的自然环境中,在生产的一线,在许多复杂的情况下,要想
保证整个视觉系统的正常工作,构成系统的各个硬件就必须具有很好的
耐磨损性和经受住各种不可预料的情况和考验。
——随着科技的进步和现代生产生活的需要视觉系统正在机器,特别是
智能机械的飞速发展,原有的系统硬件已不适应新的需要,为此,必须
提高硬件的水平和质量来保证系统的正常运行。
——镜头、摄像机、图像采集卡、输入输出单元、控制装置构就好像电
脑的显示器、电源、主机(处理器、内存条、硬盘、显卡等)一样,每
一个构成部件都很关键,它们质量如果不过关,整个机器就无法正常工
作,更别说完成复杂的工作和给以的任务了。
视觉系统的软件设计
——视觉系统的软件设计至关重要,在当今信息化大趋势下,智能控制
越来越依靠软件方面的功用。
——视觉系统的软件设计是一个复杂的课题,不仅要考虑到程序设计的
最优化,还要考虑到算法的有效性,及其能否实现,在软件设计的过程
中要考虑到可能出现的问题。
——视觉系统的软件设计完成还要对其鲁棒性进行检测和提高,以适应
复杂的外部环境(鲁棒性就是系统的健壮性。
它是在异常和危险情况下
系统生存的关键。
)
一种视觉导航软件处理的流程图
视觉系统的实际应用
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机器视觉技术的城市交通预警系统
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近几年来,随着经济的发展,我国各大城市内部的交通基础设施建设
也得到了快速发展,但是,尽管城市道路越建越宽,立交桥越建越多,
交通信号越来越复杂,道路的拥挤程度和交通事故的发生率却没有得到
明显的缓解,交通运输业特别是城市交通承受着越来越大的压力。
目前,随着城市交通现代化、智能化的进程日益加快,
国内相关领域的研究也成为新的热点。
关于智能交通系统(Intelligent
TransportationSystem;简称为ITS)的研究得到了欧洲、美国、日本、
加拿大等等很多发达国家的广泛重视,他们纷纷投入巨资应用于智能交
通系统的研究,并进行了大量的模拟实验,很多子系统已经能够初步达
到人们所希望的智能化程度。
越来越多的事实已经证明,先进的ITS将
有效地利用现有交通设施,减少交通负荷和环境污染、保证交通安全、
提高运输效率、促进社会经济发展、提高人民生活质量,并能够推动社
会信息化及新产业的形成。
基于机器视觉技术的城市交通预警系统,是
先进交通管理系统的子系统,是通过根据交通状况的变化及早预警,配
合交通管理的智能监控系统。
基于机器视觉技术的城市交通预警系统结构框架
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系统主要功能模块简介:
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视觉监测:
城市交通环境是实时变化的,通过视频监测技术采集
相关数据,将检测到的环境特征值送往信息融合处理器。
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信息融合处理器:
将信息通过模糊神经网络方法得到输出结果。
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监测预警:
根据并做出决策,即相应调整实时交通信息、信号控
制,以及对于将要发生事故或已经发生事故区域采取紧急救援措施。
机器人视觉
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机器人视觉【robotvision】使机器人具有视觉感知功能的系统。
?
机器人视觉可以通过视觉传感器获取环境的二维图像,并通过视觉处理器
进行分析和解释,进而转换为符号,让机器人能够辨识物体,并确定其
位置。
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机器人视觉广义上称为机器视觉,其基本原理与计算机视觉类似。
机器人视觉
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机器人视觉【robotvision】使机器人具有视觉感知功能的系统。
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机器人视觉可以通过视觉传感器获取环境的二维图像,并通过视觉处理器
进行分析和解释,进而转换为符号,让机器人能够辨识物体,并确定其
位置。
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机器人视觉广义上称为机器视觉,其基本原理与计算机视觉类似。
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计算机视觉研究视觉感知的通用理论,研究视觉过程的分层信息表示和视
觉处理各功能模块的计算方法。
而机器视觉侧重于研究以应用为背景的
专用视觉系统,只提供对执行某一特定任务相关的景物描述。
机器人视觉硬件主要包括图像获取和视觉处理两部分,而图像获取由照明
系统、视觉传感器、模拟-数字转换器和帧存储器等组成。
根据功能不
同,机器人视觉可分为视觉检验和视觉引导两种,广泛应用于电子、汽
车、机械等工业部门和医学、军事领域。
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- 工业 机器人 视觉 系统