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在傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)線上,機(jī)器人通常沿著預(yù)設(shè)的、固定的軌跡進(jìn)行重復(fù)性操作,例如從傳送帶的固定位置抓取規(guī)則擺放的零件。這種模式高度依賴于精密的工裝夾具和嚴(yán)格的來料排序,一旦遇到零件散亂堆積、姿態(tài)隨機(jī)或背景復(fù)雜的情況,傳統(tǒng)的“盲抓”機(jī)器人或2D視覺系統(tǒng)便束手無策。這正是工業(yè)生產(chǎn)中“無序分揀”場景所面臨的經(jīng)典難題,它長期制約著物流分揀、汽車零部件裝配、食品包裝等行業(yè)的自動(dòng)化升級與柔性化生產(chǎn)。
隨著一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的成熟與普及,這一僵局正在被徹底打破。這項(xiàng)技術(shù)便是3D視覺引導(dǎo)無序分揀。它如同為工業(yè)機(jī)器人裝上了能夠感知深度和三維空間的“智慧之眼”與“思考大腦”,使其能夠從容應(yīng)對真實(shí)世界中的混亂與不確定。
3D視覺系統(tǒng)究竟是如何實(shí)現(xiàn)這一神奇功能的呢?其核心流程可以概括為“感知、理解、決策、執(zhí)行”四個(gè)環(huán)節(jié)。通過高精度的3D相機(jī)(如結(jié)構(gòu)光、雙目視覺或激光三角測量原理),系統(tǒng)能在瞬間獲取目標(biāo)物體及周圍環(huán)境的完整三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。這相當(dāng)于生成了一幅包含每個(gè)點(diǎn)X、Y、Z坐標(biāo)的“數(shù)字沙盤”,精準(zhǔn)還原了物體的空間輪廓和位置,不受顏色、紋理或光照變化的干擾。
是“理解”環(huán)節(jié)。強(qiáng)大的視覺算法會(huì)對這片三維點(diǎn)云進(jìn)行分割、識別和位姿估算。即使零件相互堆疊、部分遮擋,甚至以任意角度傾斜,算法也能像人腦一樣,從點(diǎn)云中分離出每一個(gè)獨(dú)立的物體,并精確計(jì)算出其當(dāng)前在空間中的三維位置(X, Y, Z)和旋轉(zhuǎn)角度(Rx, Ry, Rz),即所謂的“六維位姿”。
基于精準(zhǔn)的位姿信息,系統(tǒng)進(jìn)入“決策”階段。機(jī)器人路徑規(guī)劃軟件會(huì)綜合考慮當(dāng)前物體的最佳抓取點(diǎn)、與周圍物體的碰撞風(fēng)險(xiǎn)、以及機(jī)器人自身運(yùn)動(dòng)軌跡的最優(yōu)性,實(shí)時(shí)規(guī)劃出一條安全、高效、無碰撞的抓取路徑。在“執(zhí)行”階段,機(jī)器人控制器接收指令,驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂末端執(zhí)行器(如吸盤、夾爪)準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置,完成穩(wěn)定抓取,并將物體放置到指定位置或進(jìn)行后續(xù)裝配。
以凱基特在這一領(lǐng)域的技術(shù)方案為例,其系統(tǒng)深度融合了高幀率、高精度的3D視覺傳感器與自研的智能視覺算法平臺。在實(shí)際應(yīng)用中,例如在五金配件分揀線上,面對料框中雜亂無章的螺栓、螺母、墊片,凱基特的3D視覺系統(tǒng)能夠毫秒級地完成對所有零件的識別與定位,并引導(dǎo)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)“即看即抓”,分揀成功率高達(dá)99.9%以上,將人工從枯燥繁重的分揀勞動(dòng)中解放出來,并大幅提升了作業(yè)效率和一致性。
除了分揀,這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用邊界正在不斷拓展。在汽車制造中,它可以引導(dǎo)機(jī)器人抓取無序送達(dá)的車門鉸鏈進(jìn)行精準(zhǔn)裝配;在電商物流倉庫,它能處理形狀各異的包裹進(jìn)行自動(dòng)碼垛;甚至在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,可用于水果的自動(dòng)化分級與采摘。其價(jià)值不僅在于替代人工,更在于實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)流程的數(shù)字化與可追溯,為智能制造和柔性制造提供了關(guān)鍵的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
技術(shù)的落地也伴隨著挑戰(zhàn)。復(fù)雜反光表面(如亮面金屬)、極度暗黑或透明物體(如玻璃瓶)的穩(wěn)定成像,高速運(yùn)動(dòng)下的精準(zhǔn)抓取,以及超大規(guī)模點(diǎn)云數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理,都是業(yè)界持續(xù)攻關(guān)的方向。但隨著傳感器性能的提升、算法效率的優(yōu)化以及算力成本的下降,3D視覺引導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用門檻正在快速降低,從大型企業(yè)向中小型制造單元普及已成為清晰趨勢。
展望未來,3D視覺引導(dǎo)無序分揀將與人工智能、數(shù)字孿生、5G通信等技術(shù)更深層次地融合。系統(tǒng)將不再僅僅是“看清”和“抓取”,而是能夠“預(yù)測”物料的來流狀態(tài)、“學(xué)習(xí)”更優(yōu)的抓取策略,并與整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化。它正從一個(gè)解決特定痛點(diǎn)的工具,演進(jìn)為構(gòu)建自適應(yīng)、自決策智能工廠的核心使能技術(shù)。
可以預(yù)見,由3D視覺賦予的“慧眼”與“巧手”,將繼續(xù)深入工業(yè)生產(chǎn)的每一個(gè)角落,將人類從重復(fù)、危險(xiǎn)的勞動(dòng)中解放出來,去從事更具創(chuàng)造性的工作,從而真正重塑工業(yè)自動(dòng)化的內(nèi)涵與格局。