人類經(jīng)歷了三次工業(yè)革命

發(fā)明、創(chuàng)造各種機(jī)器

用以實(shí)現(xiàn)人難以實(shí)現(xiàn)的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)

為人類創(chuàng)造財(cái)富

▲人類四次工業(yè)革命進(jìn)程

而自第三次工業(yè)革命開始

人類逐漸開始發(fā)明一些機(jī)器和智能

用以取代人的勞動

比如計(jì)算機(jī)、機(jī)器人、傳感器等

1982年

美國創(chuàng)業(yè)公司Automatix

基于摩托羅拉68000微處理器開發(fā)了機(jī)器視覺系統(tǒng)

并首次應(yīng)用于福特汽車裝配線

這是機(jī)器人與機(jī)器視覺的首次“握手”

開啟了“感知”機(jī)器人的先河

▲Automatix機(jī)器視覺系統(tǒng)裝備安川莫托曼機(jī)器人

在第四次工業(yè)革命的進(jìn)程中

“機(jī)器代人”的革命全面爆發(fā)

多軸機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)器人、SCARA、直角坐標(biāo)機(jī)器人、移動機(jī)器人、仿生機(jī)器人等

各種類型的機(jī)器人以替代人的手、腳

以實(shí)現(xiàn)移動、搬運(yùn)、裝配等執(zhí)行動作

（前期相關(guān)文章，點(diǎn)擊閱讀：仿生軟體機(jī)器人，加拿大剝螃蟹機(jī)器人）

機(jī)器視覺

以計(jì)算機(jī)與機(jī)器學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)

以實(shí)現(xiàn)替代人的眼睛的功能 

并進(jìn)一步給機(jī)器人以“火眼金睛”

甚至很大程度上決定著“機(jī)器代人”的進(jìn)程

本篇文章重點(diǎn)探討的就是

“機(jī)器代人”過程中的機(jī)器視覺

簡單來說

機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來做測量和判斷

機(jī)器視覺系統(tǒng)是通過機(jī)器視覺產(chǎn)品

(即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種)

將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號

傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)

得到被攝目標(biāo)的形態(tài)信息

根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息

轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號

圖像系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征

進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作

▲機(jī)器視覺系統(tǒng)構(gòu)成簡圖

廣義的機(jī)器視覺

根據(jù)光源不同

可分為：激光、紅外、視覺（可見光）

激光測量角度分辨率高

通常可以達(dá)到零點(diǎn)幾度

測距的精度也高

測量距離可以達(dá)到幾十米甚至上百米

但激光測量基于獨(dú)立的激光器

且結(jié)構(gòu)復(fù)雜

成本高昂

一般用在比較重要的工業(yè)部位

▲德國米銥公司3D激光成像儀用以生成齒形的數(shù)字3D影像

▲德國Precitec公司SOUVIS5000用以監(jiān)控焊縫

紅外成像精度較激光測量精度低

且由于任何物體都可發(fā)出不同波長的紅外線

故易受環(huán)境干擾

但對于無可見光的情況

或高溫難以測量區(qū)域

可借助紅外熱成像進(jìn)行材料質(zhì)量、溫度等物理量測量

▲美國FLIR熱成像相機(jī)幫助菲亞特汽車監(jiān)控涂膠質(zhì)量

▲美國FLUKE熱成像相機(jī)監(jiān)控高爐風(fēng)口

從人類歷史上機(jī)器視覺與機(jī)器人的第一次“牽手”

至今已35年有余

第四次工業(yè)革命浪潮下

工業(yè)機(jī)器人推廣再掀高潮

機(jī)器視覺更成為工業(yè)生產(chǎn)與物流搬運(yùn)自動化中機(jī)器人的“火眼金睛”

據(jù)權(quán)威統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示

全球工業(yè)機(jī)器人銷量中

半數(shù)機(jī)器人用于搬運(yùn)應(yīng)用

按照應(yīng)用來分

占比前三的應(yīng)用為搬運(yùn)50%，焊接28%，組裝9%

配合工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用

機(jī)器視覺則主要分為：

質(zhì)量保證和檢測、定位和引導(dǎo)、測量、識別

質(zhì)量保證和檢測

主要指檢測生產(chǎn)缺陷、各種表面缺陷、裝配缺陷、有毒環(huán)境、信息讀取、信息記錄、包裝錯(cuò)誤、印刷錯(cuò)誤、產(chǎn)品與設(shè)計(jì)不符等

定位和引導(dǎo)

通過視覺系統(tǒng)實(shí)時(shí)地了解工作環(huán)境的變化，相應(yīng)調(diào)整動作，保證任務(wù)的正確完成

產(chǎn)品尺寸在線精確測量

各種幾何尺寸的測量，如長度、平行線、角度、圓度、不規(guī)則圖形、各種面積、裝配尺寸錯(cuò)誤、裝配位置錯(cuò)誤、尺寸及位置與設(shè)計(jì)圖是否相符等

機(jī)器識別

可以進(jìn)行物流系統(tǒng)中復(fù)雜堆疊物體的識別和分揀，工業(yè)生產(chǎn)物料的異物提出等

　　在工業(yè)生產(chǎn)和物流搬運(yùn)過程中

對于固定模式物體的抓取

工業(yè)機(jī)器人可以輕易并快速分揀

而對于復(fù)雜堆疊物體的識別和分揀

依然有90%以上通過人工方式完成

極大的限制了工業(yè)生產(chǎn)的效率

具體來看

機(jī)器人無序分揀實(shí)現(xiàn)的難題還包括：

• 工業(yè)常用的金屬、玻璃等材質(zhì)易引起強(qiáng)反光

• 工業(yè)工件一般無明顯的特征供識別

• 物體隨機(jī)擺放易導(dǎo)致物體重疊、遮擋、陰影和復(fù)雜背景

• 需適應(yīng)可能存在的微光、黑暗、灰塵和油脂等惡劣工業(yè)環(huán)境等

　　面對廣泛存在的實(shí)用場景

工業(yè)機(jī)器人老牌強(qiáng)國德國和日本都有多家公司參與

連一貫以芯片、軟件、互聯(lián)網(wǎng)而為人稱道的硅谷

都有數(shù)家創(chuàng)業(yè)公司進(jìn)入

一些物流企業(yè)也已經(jīng)進(jìn)行了使用機(jī)器臂抓取貨品的演示

這里

我們介紹幾家典型的機(jī)器視覺創(chuàng)業(yè)公司

一.  美國硅谷Aquifi

于2011年

成立于加利福尼亞州的帕洛阿爾托市

那里是硅谷的核心地帶

由于很少出現(xiàn)在媒體報(bào)道中

它也被稱為硅谷最神秘的創(chuàng)企之一

Aquifi 主要致力于研究流體視覺技術(shù)

該技術(shù)結(jié)合了 3D 視覺和深度學(xué)習(xí)

在制造業(yè)和物流中與很大的潛在用途

在物流方面

Aquifi 的解決方案是使用 IIoT（工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)）或手持 3D 視覺掃描儀

基于深度學(xué)習(xí)的方法實(shí)時(shí)查找箱子、物品或托盤尺寸

此外，它還能自動計(jì)數(shù)托盤中的箱子

進(jìn)行快速準(zhǔn)確的庫存盤點(diǎn)

在制造業(yè)中

Aquifi 的解決方案是檢查物體的形狀、顏色、配置和質(zhì)量等物理屬性

以全彩 3D 來進(jìn)行掃描對象

實(shí)時(shí) 3D 模型重建

識別用于分類和打包的產(chǎn)品以及驗(yàn)證標(biāo)簽或定位缺陷

Aquifi 流體視覺系統(tǒng)架構(gòu)共分為以下三個(gè)部分

即：3D傳感器、3D數(shù)據(jù)、3D深度學(xué)習(xí)

▲Aquifi流體視覺系統(tǒng)架構(gòu)

二. 比利時(shí)Pickit 3d

Pickit 3d公司采用結(jié)構(gòu)光成像原理

視覺系統(tǒng)由以下組件組成：

3D相機(jī)、處理器、Pickit 3D軟件及機(jī)器人和相機(jī)位置校準(zhǔn)等

Pickit 3d相機(jī)可以在各種強(qiáng)光或啞光條件下

找到不同大小和材質(zhì)的重疊產(chǎn)品

它在甚至能在光強(qiáng)變化和光照條件差的情況下繼續(xù)工作

比如反光甚至是黑暗

Pickit 3d視覺系統(tǒng)主要應(yīng)用于

機(jī)床上下料、抓取與裝配、拆垛、分揀等

▲Pickit 3d視覺應(yīng)用

▲Pickit 3d視覺系統(tǒng)與優(yōu)傲機(jī)器人搭配機(jī)床上下料

三. 河南埃爾森

埃爾森成立于2014年

是國內(nèi)首家機(jī)器人3D視覺引導(dǎo)系統(tǒng)

針對散亂、無序堆放工件的3D識別與定位

可實(shí)現(xiàn)真正的柔性化工裝設(shè)計(jì)

該套系統(tǒng)通過3D快速成像技術(shù)

對物體表面輪廓數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描

形成點(diǎn)云數(shù)據(jù)

對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析處理

加以人工智能分析、機(jī)器人路徑自動規(guī)劃、自動防碰撞技術(shù)

計(jì)算出當(dāng)前工件的實(shí)時(shí)坐標(biāo)

并發(fā)送指令給機(jī)器人實(shí)現(xiàn)抓取定位的自動完成

▲埃爾森視覺系統(tǒng)與ABB機(jī)器人分揀抓取

四. 北京阿丘科技

阿丘科技成立于2016年

推出的產(chǎn)品有AQ-Insight 和 SmartPicker

AQ-Insight 是一款強(qiáng)大的面向工業(yè)在線質(zhì)量檢驗(yàn)的機(jī)器視覺軟件平臺

融入了深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)算法

具備一定的自學(xué)習(xí)性和自適應(yīng)性

能夠在復(fù)雜的工業(yè)缺陷檢測領(lǐng)域取得極其出色的檢驗(yàn)效果

▲阿丘科技視覺系統(tǒng)AQ-Insight進(jìn)行質(zhì)量檢測

SmartPicker是一款智能分揀系統(tǒng)

基于團(tuán)隊(duì)核心的3D視覺技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)

通過對目標(biāo)物體的識別和定位

實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人對復(fù)雜分揀環(huán)境處理能力

自動完成識別分揀的相關(guān)任務(wù)。

▲阿丘科技視覺系統(tǒng)SmartPicker引導(dǎo)物料搬運(yùn)

　具體來說

這套系統(tǒng)可用于零件的分揀、上下料

未來可擴(kuò)展至3C產(chǎn)品裝配等

針對不同應(yīng)用場景，SmartPicker有高精度（0.05mm~0.1mm）和低精度（1mm~3mm）兩套產(chǎn)品方案

▲阿丘科技視覺系統(tǒng)SmartPicker引導(dǎo)優(yōu)傲機(jī)器人

當(dāng)然

機(jī)器視覺不只成為新興創(chuàng)業(yè)公司的擁躉

老牌機(jī)器人、視覺公司也紛紛加碼

2016年

3D機(jī)器視覺市場的領(lǐng)軍企業(yè)之一

康耐視公司（Cognex）宣布收購EnShape和AQSense

這兩家公司專門從事3D機(jī)器視覺技術(shù)

毋庸置疑的是

隨著技術(shù)成本的下降以及應(yīng)用市場的成熟

在未來3年內(nèi)

機(jī)器視覺是各國搶占智能市場的必爭之地

3D視覺或?qū)⑦M(jìn)入“戰(zhàn)國時(shí)代”。