搜索 | 注册
现代机床杂志 2024 第一期

订阅电话:010-80335298
台湾治盛科技G-TOP 昆山雷柏士精密科技有限公司 江苏维香工具制造有限公司 山东欧诺威数控刀具有限公司 四川泰刕斯工具制造有限公司 常州埃特法斯工具有限公司 北京科勘工具制造有限公司 昆山涵博电子科技有限公司 上海工博会 泰劦斯工具制造有限公司 上海洛友精密工具有限公司 苏氏精密工具股份有限公司 诺伊数控工具 上海翔驰刀具有限公司 德州凯狮商贸有限公司 东莞市川润数控刀具有限公司
首页 » 技术前沿 » 工业机器人视觉引导系统的开发与实验分析

工业机器人视觉引导系统的开发与实验分析

引言

工业机器人能够执行重复性高、劳动强度大任务,还可在恶劣环境下持续工作,提高生产效率。随着智能制造的发展,单纯的机械执行已无法满足复杂多变生产需求,引入视觉引导系统成为工业机器人发展方向。视觉引导系统通过集成先进图像处理、机器学习算法,赋予机器人感知周围环境、识别目标物体、理解任务需求能力,使工业机器人能够在无需预先编程固定路径情况下,根据实时视觉反馈动态调整作业姿态,执行更复杂的任务。文章设计了一种适用于工业环境的视觉引导系统,并结合实验测试,验证了系统在实际应用中的可靠性。

 

1. 工业机器人视觉引导系统架构

1.1 硬件组成

六自由度工业机器人具有较高灵活性,可在空间内部接收来自计算平台的控制指令,灵活进行抓取、移动工作。其主要由工业CCD 相机、计算平台、激光传感器等构成,工作流程如图1 所示。

1 工业机器人工作流程

其中,工业CCD 相机主要用于视觉引导系统,其在物体识别、定位方面表现优异,可以为计算平台提供高质量实时图像。计算平台使用NVIDIA Jetson 系列。该系列具备强大处理能力,能够实时接收图像数据、传感器数据,并进行处理,将处理结果指令发送给工业机器人。激光传感器主要用于获取环境深度信息,提高系统对复杂环境的适应能力。

1.2 软件部分

系统中应用的软件模块包括图像处理模块、控制算法模块。其中,图像处理模块负责将相机捕获的图像进行预处理,利用OpenCV 库更好地识别图像中的边缘信息。控制算法模块利用PID 控制算法,实现对机器人运动路径的精准控制。软件间使用Ethernet 通信协议进行通信,确保各个硬件组件之间的数据实时传输。软件处理流程如图2 所示。

2 软件流程

 

1.3 视觉引导系统的创新性

文章设计的视觉引导系统使用工业CCD 相机,能够帮助六自由度工业机器人在复杂的环境中进行抓取与移动任务,NVIDIA Jetson 计算平台实时对图像和传感器数据进行处理,提高系统响应速度。激光传感器增强系统的智能化程度,图像处理模块保证识别的准确性,PID 控制算法提升机器人的运动精度。硬件与软件的结合使得整个视觉引导系统具备良好的协同效应,实现数据的高效采集与处理,确保机器人的智能化,进而提升工作效率。

 

2. 实验设计

2.1 实验目的

本实验的目的是验证开发的视觉引导系统在不同工作环境,特别是不同光照条件下的稳定性和精度。通过实验数据收集与分析,评估系统在各种光照场景下的识别性能,判断可能存在系统瓶颈,为后续系统优化改进提供数据支持。

2.2 实验步骤

2.2.1 系统搭建

安装组件:组装工业机器人,安装工业CCD 相机,连接NVIDIA Jetson 系列计算平台,确保所有组件接口牢固连接。

软件配置:在计算平台上安装操作系统、图像处理软件、控制算法程序、相关依赖库,完成系统参数配置,包括相机设置、网络通信协议、算法参数调优等,确保系统能够稳定接收、处理图像数据并控制机器人动作。

2.2.2 实验设置

1)在实验中模拟工业生产环境中多种光照条件场景,以评估视觉引导系统在不同环境下的表现。使用日光灯模拟良好光照条件:高亮度、均匀光照;中等光照条件:正常工厂照明,工业环境光;较差光照条件:低亮度环境,存在阴影或光斑。布置不同的障碍物,如箱子、管道等,模拟复杂工作环境中设备故障带来的影响,评估系统在各种场景下的表现,实验数据见表1

1 光照条件实验数据

 

根据不同光照条件下,得到机器人定位准确性和运动时间数据,见表2

 

2 不同光照条件下机器人定位准确性和运动时间

 

 

定位准确性分析:良好光照条件下定位准确性评分均为9.5,在该条件下,机器人能够准确识别定位目标,几乎没有误差;中等光照条件下定位准确性评分为5~8,表明环境中阴影和障碍物对机器人定位造成影响,但仍然能够较好地完成任务;较差光照条件下定位准确性评分最低,仅为5.5~6,在低亮度和复杂阴影下,机器人定位准确性下降,导致选择错误路径。

运动时间分析:良好光照条件中运动时间为5s,表明机器人能够快速有效地完成任务;中等光照条件下运动时间增加至8~10s,由于环境条件变化,机器人需要更多的时间进行定位决策;较差光照条件下运动时间增加,达到12~15s,复杂环境导致机器人的操作效率低。

2)为进一步观察障碍物数量对视觉引导系统性能的影响,在每个实验组中,按照预设的障碍物数量进行设置,使用CCD 相机拍摄测试区域的初始图像,并传输至视觉引导系统,启动视觉引导系统,观察并记录机器人在不同障碍物数量下的路径规划过程、定位准确性及系统响应时间,机器人完成任务后,记录总运动时间,并进行数据分析。

在良好光照条件、中等光照条件、较差光照条件下分别测试障碍物数量为51015 的情况,障碍物类型包括箱子、管道、托盘等,随机布置增加复杂性,不同障碍物数量对视觉引导系统影响的实验数据见表3

 

 

3 不同障碍物数量实验数据

 

由表3 可以看出,随着障碍物数量增加,定位准确性下降,在良好光照条件下,障碍物数量为15 个时,准确性下降至88%,在较差光照条件下,准确性降至60% ;障碍物数量增加导致系统需要更多时间进行路径规划调整,平均运动时间增加,在光照良好情况下,15 个障碍物平均运动时间为18s,而在较差光照条件下,运动时间达40s;障碍物数量增加导致系统错误率上升,在较差光照条件下,15 个障碍物错误率高达25%

实验结果表明,障碍物数量对视觉引导系统的性能产生影响,障碍物增加不仅降低了定位准确性,还延长了运动时间,增加系统的错误率,在实际应用中,应合理规划工作环境中的障碍物布局,优化视觉引导系统的算法,提高机器人的工作效率。

 

3. 视觉引导系统应用案例

某仓储物流公司订单量日益增长,将设计的视觉引导系统应用其中,以提高拣货速度,降低人工成本。

实施步骤:将视觉引导系统与该公司现有仓储管理系统集成,实现数据共享与实时监控,对操作人员进行系统培训,确保他们能够熟练掌握新系统的操作,相关实验数据见表4

 

4 实验数据

 

经过系统实施,实施前拣货准确性为75%,表明每4个订单中将有1 个出现错误,实施后1 个月准确性提升至90%,错误率明显下降,客户满意度恢复,实施后3 个月准确性进一步提升至95%

平均拣货时间缩短,实施后1 个月时间缩短至30s,拣货效率提升,实施后3 个月平均拣货时间进一步缩短至20s,提高了工作效率。

实施前每小时只能完成100 件拣货,无法有效应对高峰期的订单量,实施后1 个月拣货量提高至150 /h,表明系统效率得到验证,实施后3 个月拣货量达到200 /h,能够满足市场需求快速变化。

 

4. 优化建议

1)改善光照条件:在实际应用中,尽可能提升光照条件,确保环境光线均匀且充足,减少阴影干扰。

2)采用多传感器融合技术:结合红外传感器等多种传感器,提高机器人在复杂环境下的环境感知能力,弥补光照不足带来的影响。

3)动态调整策略:设计动态光照调整系统,如在较差光照条件下增加光源,改善环境条件,提升机器人性能。

基于以上优化建议,进行验证测试,选择不同光照条件下多个场景进行对比,在均匀光照条件下,识别准确率提高20%,定位精度提升15%,系统错误识别率从35% 降至15%,表明改善光照条件有效提高系统的整体性能。在视觉引导系统中融入红外传感器、超声波传感器等,在光照均匀的情况下,物品识别率提高到95%,光照不均匀情况下,识别率达到85% ;动态光照调整系统能够在1s 内自动调节光源,将识别准确率保持在85% 以上。

由此可见,改善光照条件能提升机器人在实际应用中的识别定位能力;多传感器融合技术可增强系统在复杂环境中的适应性,尤其是在光照不足的情况下;动态光照调整策略能保证机器人在不同环境条件下的性能稳定性,提升整体操作效率。


来源:常州机电职业技术学院 报道:庞宇峰
产业热点 政策解读 展会报道
  1. 新能源汽车结构变革与配套机床市场的需求分析
  2. 从上海模具展看数控切削与特种加工的博弈
  3. CIMT 2025:孚尔默创新产品矩阵惊艳首秀 展现“工具全工艺解决方案”硬实力
  4. 汇聚动能 向新而行 ——肯纳金属创新产品媒体发布会在京举办
  5. 西门子第五代SINUMERIK 828D重磅发布, 加速中端市场数字化低碳化转型
  6. 友嘉集团亮相CIMT2025 诠释智能制造新典范
  7. 推进本地化生产,达诺巴特集团升级中国服务
  8. 马扎克 CIMT2025 实力出圈: 以 “革新制造” 开启智造新未来
  9. 人工智能技术在数控机床中的应用研究
  10. 国产机床更聪明了
  1. 2025年一季度机床工具行业经济运行情况
  2. CCMT2024刀具展品述评
  3. 强国复兴有我
  4. 中国装备 装备中国 走向世界
  5. 国家最新政策,国产工业软件必将崛起!
  6. AI方兴未艾,国内数控系统能否借力开启逆袭之路?
  7. 国家推动实施设备更新行动 机床行业迎利好
  8. 2023年机床工具行业经济运行情况
  9. 跨界融合 协同创新 CIMES2018新闻发布会在京召开
  10. 中共中央、国务院发布关于开展质量提升行动的指导意见
  1. CMES华机展|天津国际机床展
  2. 2026第47届无锡太湖国际机床及智能工业装备产业博览会
  3. 聚焦网红重庆:“第25届立嘉国际智能装备展览会”将于5月13-16日举行
  4. 邀请函|《现代机床》杂志社与您相约2025台州机床展
  5. CMES华机展|苏州国际机床展
江苏开璇智能科技有限公司
广东钶锐锶数控技术有限公司
全鑫精密工业股份有限公司
广东丞洋智能设备有限公司
深圳市金汇丰精密机械有限公司
迈萃斯精密股份有限公司
东莞诺金精密机械有限公司
凯柏精密机械(嘉兴)有限公司
东莞市盛鸣鸿精密机械有限公司
台中精密機械有限公司
广东正代机械科技有限公司
惠州市德瑞科机械有限公司
安微力成智能装备股份有限公司
江苏德湾数控机床科技有限公司
常州钜瑞工具有限公司
广州台茂精密机械有限公司
宁波市凯博数控机械有限公司
上海精霸数控机床有限公司
关于我们| 营销服务| 人才招聘| 网站地图| 友情链接
京ICP备14047549号-1 Copyright©2001-2014 mmtol.com.

用户登录