近年來(lái)，伴隨著3D傳感行業(yè)的迅猛發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)迎來(lái)轟轟烈烈的第四次視覺(jué)革命。許多機(jī)器人公司也都開(kāi)始了3D視覺(jué)的研究，本次的應(yīng)用案例來(lái)自勃肯特機(jī)器人，其采用了結(jié)構(gòu)光相機(jī)配合自主研發(fā)的串并混聯(lián)六軸機(jī)器人，完成3D視覺(jué)相關(guān)檢測(cè)項(xiàng)目，據(jù)了解即將投入實(shí)際應(yīng)用階段。
視覺(jué)升維迎來(lái)歷史性的技術(shù)爆發(fā)，讓其他三次視覺(jué)革命都略顯黯然失色，第四次視覺(jué)革命最大的特點(diǎn)體現(xiàn)在機(jī)器直接從之前的2D平面“視界”進(jìn)化到3D立體“視界”，刷臉支付、Face ID、VR、無(wú)人便利店、智能機(jī)器人等人工智能產(chǎn)品從實(shí)驗(yàn)室走向普羅大眾身邊，頻頻以“未來(lái)產(chǎn)品”姿態(tài)曝光，其背后起到關(guān)鍵作用的黑科技便是3D視覺(jué)技術(shù)，3D視覺(jué)技術(shù)也已經(jīng)成為人工智能界的新寵。
人類利用科技提升機(jī)器的視覺(jué)能力，模擬人的雙眼，這聽(tīng)起來(lái)似乎沒(méi)什么了不起。但是在商業(yè)應(yīng)用中，3D視覺(jué)的影響力不亞于在亞馬遜森林?jǐn)噭?dòng)風(fēng)暴的蝴蝶，以目前火爆市場(chǎng)的支付寶刷臉支付為例，拿目前出貨量最多的3D視覺(jué)代表性企業(yè)奧比中光來(lái)說(shuō)，搭載了其3D結(jié)構(gòu)光的刷臉支付產(chǎn)品，能夠通過(guò)點(diǎn)陣投影儀把數(shù)萬(wàn)個(gè)光點(diǎn)投射到用戶的面部，通過(guò)3D攝像頭找到對(duì)應(yīng)光點(diǎn)，再利用三角測(cè)量原理計(jì)算出光點(diǎn)的深度信息，從而達(dá)到3D面部識(shí)別的效果并完成支付。
相比過(guò)去2D視覺(jué)的人臉識(shí)別，3D視覺(jué)能輕易識(shí)破平面照片或者視頻等欺騙，讓支付的安全性和便捷性得到革命性升級(jí)。同時(shí)在機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的幫助下，刷臉支付能夠帶來(lái)更好的體驗(yàn)，大大降低安全隱患。
工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域獲取外界物體三維信息的傳感器主要有以下三種，傳統(tǒng)RGB雙目相機(jī)、結(jié)構(gòu)光相機(jī)、TOF相機(jī)。
三種主流三維信息獲取設(shè)備，圖源：勃肯特機(jī)器人
應(yīng)用場(chǎng)景主要集中在三大板塊：
（1）通過(guò)3D視覺(jué)快速準(zhǔn)確的對(duì)紙箱進(jìn)行尺寸測(cè)量，完成物流行業(yè)隨機(jī)尺寸紙箱的拆垛和碼垛；
（2）在生產(chǎn)線上，多種型號(hào)的工件往往會(huì)被雜亂無(wú)章的堆放在料框里，同時(shí)這些工件的形狀外觀差異很大，通過(guò)3D視覺(jué)可準(zhǔn)確獲取料框內(nèi)物體的三維輪廓特征信息，機(jī)器人可快速精準(zhǔn)的完成多品類工件的分揀；
（3）在輕工行業(yè)，通過(guò)3D視覺(jué)獲取物體的三維輪廓信息，KUKA機(jī)器人維修，使機(jī)器人高速高精度完成涂膠、噴涂等相關(guān)工作。
三種技術(shù)方案對(duì)比，圖源：勃肯特機(jī)器人
與3D視覺(jué)的立體成像相得益彰，混聯(lián)六軸由3P-3R結(jié)構(gòu)組成，即三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)與三自由度的串聯(lián)機(jī)構(gòu)組成，實(shí)現(xiàn)了6自由度更大空間的運(yùn)行，在保持了原有并聯(lián)機(jī)構(gòu)特點(diǎn)之外，增加了拾取物品位姿隨機(jī)、末端擺放自由靈活、理料與分揀雙工藝結(jié)合的特點(diǎn)。
勃肯特的解決方案中，運(yùn)用3D相機(jī)完成立體物料的視覺(jué)信息捕捉后，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人根據(jù)物料在三維空間內(nèi)的位置與角度判斷，解決了以往機(jī)器人只能進(jìn)行平面抓取的弊端，可實(shí)現(xiàn)對(duì)堆疊來(lái)料的快速理料，同時(shí)也開(kāi)拓了對(duì)不規(guī)則、不平整來(lái)料進(jìn)行涂膠、注塑等工藝，豐富了更多應(yīng)用場(chǎng)景。
勃肯特串并混聯(lián)六軸機(jī)器人，圖源：勃肯特機(jī)器人
勃肯特自主研發(fā)機(jī)器人控制器與結(jié)構(gòu)光3D相機(jī)，圖源：勃肯特機(jī)器人
據(jù)了解，，類似于傳統(tǒng)2D視覺(jué)，工業(yè)機(jī)器人維修，勃肯特自主研發(fā)機(jī)器人控制器與結(jié)構(gòu)光3D相機(jī)首先對(duì)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，采用Eye to hand的安裝方式，在完成相機(jī)內(nèi)參標(biāo)定后，結(jié)合棋盤格對(duì)相機(jī)外參進(jìn)行標(biāo)定。外參數(shù)標(biāo)定即確定相機(jī)與外界的平移和旋轉(zhuǎn)關(guān)系。利用經(jīng)典的ＡＸ＝ＸＢ齊次坐標(biāo)求解方法，讓機(jī)器人末端在棋盤格上移動(dòng)多個(gè)位置，記錄其坐標(biāo)值，求出轉(zhuǎn)換矩陣，完成相機(jī)標(biāo)定。
然后對(duì)點(diǎn)云預(yù)處理，去除外界干擾產(chǎn)生的噪點(diǎn)后，通過(guò)對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行平面分割和目標(biāo)提取，完成場(chǎng)景中目標(biāo)物體的分割及其特征的提取。并且通過(guò)特定算法完成目標(biāo)物體的位姿估計(jì)和優(yōu)化，最終完成串并混聯(lián)六軸機(jī)器人在3D視覺(jué)作用下對(duì)不同形狀物體快速精準(zhǔn)的分揀。
相機(jī)采集的原始圖像，www.sonanjido.com，圖源：勃肯特機(jī)器人
相機(jī)采集的深度圖像，圖源：勃肯特機(jī)器人
感謝勃肯特機(jī)器人提供的以上案例內(nèi)容。勃肯特機(jī)器人研究院團(tuán)隊(duì)成立于2019年3月份，成員平均年齡26歲，其中碩士占比超過(guò)一半，在內(nèi)部有“最高智商”團(tuán)隊(duì)之稱。先后成功主導(dǎo)及參與完成“異型煙智能分揀碼垛項(xiàng)目”、“并聯(lián)6軸Stewart平臺(tái)”、“鎮(zhèn)江工廠智能信息化管理系統(tǒng)”、“統(tǒng)籌分揀”、“BeMotion 控制器”多個(gè)項(xiàng)目的算法研發(fā)。隨著該項(xiàng)技術(shù)項(xiàng)目的成功落地，可以預(yù)見(jiàn)的是，勃肯特將憑借自己的“眼睛”配合串并混聯(lián)六軸機(jī)器人不斷探索客戶的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，提供更多高精度的解決處理方案，練就更符合客戶需求的“金睛火眼”。