淺談基于視覺分析的工業分揀機器人的發展

王思佳++許富強++何昌鑫

摘 要：在大數據時代的背景下，人工智能得到了前所未有的發展。自改革開放尤其是進入21世紀以來，我國整體工業技術平穩快速發展，在此期間也一直致力于智能機器人的研究與制造，其中“中國制造2025”與“互聯網+”的提出為我國智能機器人的發展提供了新的機遇。自20世紀70年代引進自動分揀技術以來，我國在吸收國外先進經驗的基礎上不斷自主研發，緊跟世界發展潮流，取得了一系列的輝煌成就。本文作者通過大量調研，從應用背景、國內外技術發展現狀等方面對基于視覺分析的工業分揀機器人進行了調查和研究。

關鍵詞：人工智能；工業機器人；視覺分析；分揀

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.017

1 應用背景及意義

經濟的發展極大地提高了對產品分類的需求，這就說明對分揀機器人的要求也越來越高。工業分揀機器人，通過虛擬樣機技術、機器視覺技術和智能控制技術將視覺與分揀相結合，實現了對工作臺上目標工件的圖像識別、信息提取、空間定位與精準抓取等一系列動作。工業分揀機器人可以有效地提高生產柔性和自動化程度，在生產、分揀、裝配等領域均具有重大的實用性，可以廣泛應用于電子、汽車、航空航天、鐵道、機械等工業制造部門。

機器視覺技術的研發和應用，極大地增強了機器人對外界的感知能力，將人們從重復乏味的視覺識別工作中解脫出來。目前，國內很多勞動強度大的行業生產還大量依靠人力完成，致使成本高，市場競爭力弱。通過采用基于視覺分析的工業分揀機器人可以規范產品位置、產品分類，進而有效提高生產效率、降低勞動強度，對實現工業自動化具有重要意義。

2 應用前景分析

2.1 生產線產品

盡管生產線上的產品都是標準化生產，但由于生產、制造的誤差，總存在一些不合格品。目前質檢工作大部分由人工完成，且其方式主要為抽檢，這就產生了一個致命的問題——檢測精度遠遠不夠，無法滿足高質量產品的控制要求。近幾年，國內不少有識之士已意識到這個問題，提出了一系列建議。“機器換人”工作在我國某些領域取得了一定的成果，以浙江為例，該省杭州市質檢院在2014與浙江大學機器人研究中心合作，致力于研發基于視覺分析的工業機器人，用于產業檢測，并取得了階段性成果。

2.2 精密零件

電子產品、家用電器、磁懸浮列車、航空航天等科技產品的核心部件，比如微型電機、揚聲器、振動元件等，都屬于精密零件。各類科技產品向“高精尖”方向發展的同時，其質量保障也顯得尤為重要，這就對各種規格的精密零件的誤差要求更加嚴苛。由于人工的主觀差錯率大，現有的半自動檢測機器識別精度還達不到要求，基于視覺分析的工業分揀機器人的出現，將通過自動化檢測、高精度視覺識別、高效率分揀來降低分揀錯誤率，解決此難題。

2.3 物料搬送

物料搬送是當前基于視覺分析的工業分揀機器人應用最成熟的領域。物料搬送主要包括物料的分揀、搬送和放置，整個過程對于視覺要求不是太高，側重于分揀，而機器人機械手依靠其靈活度和穩定度可以很好的實現這一動作。

3 國內外技術發展現狀

3.1 美國研發現狀

美國作為機器人的誕生地，其基于視覺分析的工業分揀機器人的研發工作一直處于世界領軍地位。美國 ESM 公司及Sortex公司就研制了一種光電分選機，主要用于農副產品分選、金屬分選和礦石分選等領域；美國普渡大學研制了一種基于機器視覺的物料分揀系統，它采用簡單的圓弧輪廓特征來描述復雜的零件，能夠較好地從裝有一堆零件的容器中撿取零件；美國哥倫比亞大學研究出的puma560機器人可采用立體視覺算法對小火車進行空間定位，并實現圖像識別，運用視覺功能抓取運動中的玩具小火車。

美國在研究過程中發現，要想完善基于視覺分析的工業分揀機器人技術關鍵在于視覺方面。 AdeptSight是Adept公司開發的一款視覺系統軟件，它可為機器人提供基于PC機的引導和檢測功能，并且具有極高的穩定性和精確性；Fanuc公司的iRVision也是一款視覺系統軟件，它能實現部分位置檢測、防錯等功能。

3.2 日本研發現狀

有“機器人王國”之稱的日本在機器人研發方面也頗有建樹。日本引用人工智能機器人分揀重型垃圾，即通過信息識別、空間定位等技術將建筑廢料中的鋼筋、混凝土、木屑、塑料等可以循環再利用的材料分揀出來另作他用，現場實際測試發現四臺人工智能機器人平均每分鐘合計可以對垃圾分揀五十次，一天的垃圾處理量在兩千噸左右。由于日本的垃圾掩埋費用特別昂貴，這種基于人工智能的分揀系統可極大地降低垃圾處理的成本，有數據顯示，利用該系統的盈利是同種規模下人工分揀盈利的三倍。

3.3 國內發展現狀

移動式分揀裝盤機器人是昆船自動化物流工程公司開發出的基于視覺識別的機器人，該系統將光學視覺部分、工業機器人、數控有軌車等結合。可實現自動堆碼、分揀裝盤，自動控制空、實托盤進出作業，自動管理分揀裝盤及搭配輔料，調度同一軌道兩臺機器人進行安全、有效的工作等功能；北京領邦儀器公司研發出了一款工業零件檢測機器人，該機器人采用先進的機器視覺技術和光學檢測技術，可對高精度零件進行檢測分揀，在稀土磁材零件行業中運用廣泛，近期，蘋果公司已決定引進這款機器人以用于檢測手機里面的觸覺反饋線性馬達零件。

4 結語

基于視覺分析的工業分揀機器人在工業領域的重要性已為人們所認知，其技術關鍵在于視覺識別、空間定位、準確抓取等方面。“機器換人”是工業領域經濟創新和發展的必然趨勢，相信在我國技術人才的潛心鉆研下，我國的工業分揀機器人必能邁上一個新的臺階。

參考文獻：

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