隨著國內人力成本的逐年上漲，在中國廉價勞動力優勢逐漸消失的背景下，“機器換人”已是大勢所趨。同時中國制造業面臨著向高端轉變，承接國際先進制造、進一步要求工業機器人向著智能化方向發展，智能工業機器人將成為未來的技術制高點和經濟增長點。

工業機器人智能化，將個性化的軟件模塊、傳感器、視覺系統以最佳的方式集成在一起。在機器人智能化的各要素中，視覺系統是核心，尤其是在高精度的場合，沒有視覺系統的引導，機器人無法完成工作。對于機器人視覺引導，MicroMatch智能相機是一個非常好的選擇。

MicroMatch智能相機是麥克瑪視電子研發的一款超小型一體式的智能相機，能夠對所有行業，各種零件執行快速、精確的檢測。其緊湊的尺寸可方便地安裝到空間受限的生產線上，且獨特的模塊化設計可根據應用要求現場高度定制。

 MicroMatch智能相機是一個性價比極高的解決方案，Micro6000系列工業智能相機具有小巧堅固的工業級外殼，抗震動、抗沖擊能力強，并集成了RS-232/485、以太網、多路數字I/O、VGA輸出顯示、USB外設輸入等硬件接口，可滿足各種工業現場不同品牌設備通信接入，集成豐富的機器視覺算法工具。Micro6000系列智能相機廣泛應用于電子產品和消費品以及其他行業的自動化制造，包括食品和飲料、藥品、包裝、物流、航空、半導體、太陽能、新能源電池、機器人定位引導等行業。

關鍵技術

機器人引導視覺應用中涉及到眾多關鍵技術，和視覺相關主要有以下幾個方面。

一、坐標標定技術（手眼標定）

在機器人引導應用中，涉及到多個坐標系的轉換，機器人坐標系，工具坐標系，圖像坐標系等。

在這類應用中，首先要確定各個坐標系之間的對應關系。MicroMatch智能相機提供了自動化方法完成各個坐標系之間的標定。

很多視覺產品的自動化標定方法是將標定板固定或者安裝在機器人上，這種方法在實際項目中具有很大的局限性。因為在很多項目中，尤其是高精度的場合，相機的拍攝位置很可能在機械手的行程之外，或者由于機械結構設計的原因，機械手根本沒辦法運動到相機視場范圍里。

針對這些問題，MicroMatch采用了更加靈活的標定方案，只要讓機械手抓取一個具有明顯特征的“剛體“。只要”剛體“的一段能夠進入相機的拍攝范圍，完成一系列指定動作，就可以完成標定，方便快捷。

由于機械手抓取的是“任意剛體”，沒有預先設置好的特征點，需要借助于MicroMatch軟件先進的算法組態功能提取特征點。

算法提取特征點后，按照指定的動作運動，自動獲取運動后的特征點位置，完成標定。

二、鏡頭畸變校正技術

鏡頭畸變是光學透鏡固有的透視失真，這是透鏡的固有特性，無法消除，只能改善。這種失真對于照片的視覺成像質量是非常不利的，鏡頭畸變導致實際圖像的特征點位置發生偏差，在高精度的視覺引導項目中，必須準確校正鏡頭的畸變。

鏡頭畸變校正技術比較成熟，但是在實際項目應用中比較復雜，一個非常突出的問題是由于機構安裝空間、光源照射方式等限制，不能獲取完整的標定板的圖像，這個給標定工作帶來了極大的挑戰。

針對這個問題，MicroMatch智能相機采用自定義的標定板，魯棒性更高的標定算法，在標定板不完整，部分被遮擋，甚至標定板內部部分區域被遮擋的情況下，都能準確完成鏡頭畸變標定。

標定板部分被遮擋的情況下完成畸變標定

三、機器人旋轉補償技術

在實際機器人引導項目中，機械手上都需要根據抓取的產品定制不同的“夾具”，這就給高精度的機器人引導項目帶來了一個非常大的問題，就是夾具的中心和機械手的旋轉中心存在偏差。這個偏差直接導致在很多涉及到旋轉的項目上精度下降很多，而校正這個偏差非常復雜。

部分國外的機器人控制系統都支持旋轉中心補償技術，但是這個補償只能通過目視完成，“目視”矯正方式將嚴重降低系統精度，只能在一定程度上減小這個因素帶來造成的影響，但是無法保證精度。況且絕大多數國產的機器人系統都不具備這個功能，對于機器人旋轉的補償只能有配套的視覺系統來解決。

上圖中，十字線是夾具的中心，紅色點是機械手旋轉軸中心，從圖上可以看出，一旦工件角度發生旋轉，夾具的中心就發生變化，變化的大小直接和旋轉的角度相關。不幸的是，這個紅色的旋轉中心到底在“什么地方”，沒辦法簡單測量。

針對這個問題，MicroMatch專門開發了機械手控制模塊，根據實際項目的工作模式，按照先拍照再抓取，還是先抓取再拍照的不同，按照操作步驟執行，系統自動完成這兩個中心偏差的補償。

四、多邏輯多目標管理技術

在很多機器人引導項目中，機器人需要涉及到多邏輯和多目標的控制。一個機械手需要抓取不同的產品，然后放到不同的目標位置去，如下圖說明的情況。

由于目標托盤有多個點位，需要根據產品的類型，和需要的目標位置按順序放置，目標位置管理比較復雜，這部分工作可以由機器人管理，但是機器人程序的維護和修改都比較麻煩，如果進一步，目標托盤的位置也不是固定的，如下圖的情況

對于這個需求，通常的控制邏輯是：

左邊相機將產品坐標和型號送給機械手，右邊相機將目標托盤的位置變化送給機械手，機械手根據實現預設的目標網格和托盤位置變化計算變化后（紅色網格）的托盤位置，然后再根據產品型號放置到不同的位置去。

這種方式在實際操作中存在兩個麻煩的地方：1、很多機械手不支持根據偏差量（平移和旋轉），計算坐標變換的功能（根據綠色網格和偏差量計算紅色網格的位置）；2、產品放置精度是相對于托盤而言，而目標托盤在機械手坐標系中的位置無法精確確定。

這對這種復雜的場景，MicroMatch智能相機系統將多邏輯和多目標管理的功能全部集成到軟件里面，不需要機械手模塊讀取產品類型，也不需要機械手根據變化量計算計算托盤的位置變化，直接將對應產品需要放置的最終目標位置一次送給機械手，極大的減小視覺和機械手之間的配合復雜度。

五、通信技術

MicroMatch智能相機作為一個標準產品，為了方便應用于各種機械手視覺引導項目，和實現與各個品牌機器人通信需要非常完善。MicroMatch智能相機采用獨有且方便的“自由協議”技術，可以根據不同機械手廠家的通信規則，項目需求在不編程的情況下完成和各家機械手的對接工作。

如機械手要求發送3個數據（X，Y和角度），每個數據8位有效數字，小數點后保留3位小數，每個數字之間以；號隔開。要求協議格式為：

Image:

0000.000;0000.000;0000.000

Done

使用MicroMatch智能相機的構建自由協議模塊設定如下參數：

相應的輸出結果為

典型案例

一、金屬件組裝案例

項目需求是機械手盲抓“金屬片”，然后到相機上方拍照，MicroMatch智能相機拍照后控制機械手將金屬零件放到指定位置。項目需要組裝5片不同的“金屬零件“，為了加快速度用了兩臺機器人和兩臺MicroMatch智能相機，一個臺組裝2片，另外一臺組裝3片。由于抓取的5片產品都不一樣，相應的放置位置也不同。由于MicroMatch智能相機具有多邏輯的處理功能，通過簡單設置，就可以由一臺智能相機控制機械手分別抓取”不同“的產品放置到”不同“的目標位置。

（方案實施現場）

1、 使用自動化方法完成鏡頭畸變校正和手眼標定；

2、 使用MicroMatch軟件的算法組態功能，提取產品特征點坐標；

由于設計多邏輯控制，組態算法讀取機械手指令后進行邏輯判斷，根據指令執行不同的算法。

3、 計算產品旋轉角度；

4、 機械手旋轉補償；

5、 構建機械手通信協議；

6、 串口輸出控制機械手動作；

（算法流程圖）

MicroMatch智能相機系統除了支持任意編輯算法流程外，還可以自定義發布界面，交付的項目界面如下

（組態界面）

二、高精度貼合案例

項目背景是屏幕的高精度貼合，機器人貼合精度要求6u，方案采用雙相機拍攝對角的方式提高精度。由于需要雙相機合作，需要將一個相機的數據發送給另外一個相機，另外一臺相機收到數據后計算出最終結果控制機械手。

1、 相機A控制程序

相機A獲取手機兩條邊，然后計算兩條邊的交點，然后再使用“發送消息”模塊將坐標點發送給相機B

2、 相機B控制程序

相機B使用同樣的方法獲取屏幕的另外一個交點，然后使用“接收消息”模塊接收相機A發送過來的坐標，計算出中心坐標后，使用機械手模塊進行旋轉補償，補償后的值控制機械手運動。

總結

MicroMatch智能相機極大的降低了機械手視覺引導控制的門檻，不僅可以實現單相機配合還可以實現多相機配合的高精度多工位的復雜應用場景，軟件集成多邏輯和多目標的管理，在實現復雜功能的同時降低機械手編程的工作量。