机器人的新愿景:相机赋予工业机器人类似人类的功能

早在1962年，通用汽车(General Motors)就将世界上第一批机器人应用到组装过程中。尽管以今天的标准来看，这些机器人还很原始，但它们可以自动执行枯燥和重复的任务，比人类更准确，为制造商提供了新的可能性。减少工作场所的危险对通用汽车来说也是一个好处。例如，以前需要多名工人搬运的大型汽车零件，现在可以由一个机器人吊起来，提高了安全性和生产率。

与此同时，另一场工业革命正在兴起——机器视觉。最初由模拟电荷耦合器件(CCD)组成，摄像机用同轴电缆串在一起。但机器视觉系统迅速发展到解决复杂的检测任务，如边缘检测、光学字符识别(OCR)、存在检测和分割，其精度远远高于人眼。

这两种技术的融合只是时间问题。第一个视觉引导机器人(VGR)是一个拾取和放置机器，被称为可编程转移机器。从本质上讲，这台机器有一个单色相机，用一种算法编程，拍摄与之交互的每个工件的照片。如果这一块与算法不匹配，这一块就会被拒绝——可编程传输机器不会与它交互。如今，由于2D和3D摄像机、视觉伺服控制、嵌入式以太网以及越来越复杂的软件(包括人工智能)的进步，VGR技术已经远远超越了可编程传输机器。RGBD相机(由一个标准RGB相机和一个深度传感器组成)的进展最近受到了相当大的关注，因为它们能够快速获取环境的3D模型，并以低成本的方式估计相机姿态。在RGBD相机之前，SLAM(同步定位和测绘)机器人的其他方法依赖于昂贵得多的激光传感器。

将视觉系统集成到工业机器人中有很多好处。赋予机器人“看”的能力，使其能够精确而一致地区分、挑选、分类、移动、焊接或组装各种部件，无论它们的复杂性如何。例如，汽车装配线上的多步焊接任务可能需要10个“盲人”机器人来完成，因为每个零件在每次焊接前都必须手动安装到位。然而，同样的多步骤焊接过程可以用一个VGR完成，因为它的摄像头可以在没有辅助的情况下精确地对准不同的部分。

灵活性是vgr的另一个巨大好处。与装配线上的机器视觉系统一样，VGR使用智能处理来给予指令。对代码稍加修改，就可以让同一个机器人执行完全不同的任务，即在产品和批量运行之间切换，而不需要进行机械调整。

还有安全问题。有了vgr，工厂可以显著降低现场事故的风险。为了让您了解这可能是如何工作的，考虑一个内置视觉导向叉车在一个仓库里。自动叉车将感知其预编程路径和运动中的障碍物，以避免与人或物体接触，同时精确地从托盘中选择货物以满足客户订单。在亚马逊，处理材料的机器人“协作机器人”(co-bots)可以安全地与人类一起工作。亚马逊麻雀机器人利用视觉和机械臂每三秒捡起一件新物品，并将其放置在金属滑道上，每小时处理1000多件物品。

为了增加机器人的视觉，需要一个或多个摄像头。其中一个安装在机械臂上，作为机器的眼睛，而其他摄像头安装在工作单元的战略位置，以捕捉更多的视觉数据。增加这些静态摄像头将弥补臂式摄像头的局限性。必须仔细注意确保相机和镜头具有适当的分辨率、帧率和应用所需的景深，且成本可接受。低成本的GigE Vision相机是首选，因为它们使用标准化的、现成的以太网电缆和组件，同时不需要昂贵的取景器。

所有这些工程都需要视觉系统供应商、机械臂制造商和机器人系统集成商的共同努力。这并不奇怪，今天的一个主要趋势是购买vgr已经配备了一个视觉系统由机器人制造商提供。这意味着更快地适应生产线，更低的成本，以及来自单个制造商的更灵敏的技术支持。

无论视觉系统是由最终用户还是OEM安装，都需要一个工业以太网交换机在机器人内部创建一个嵌入式以太网。以太网允许各个机器人部件相互通信，并且适用于vgr，因为以太网可以处理图像数据。在安泰拉，我们生产管理和非管理工业千兆以太网交换机用于机器人，使以太网节点的网络变得简单，甚至简单。我们的工业交换机今天可以在农业、物料搬运、汽车制造和其他部门使用的机器人和协作机器人中找到。

然而，机器人内部的空间总是一个限制因素。幸运的是，Antaira以太网交换机的紧凑din导轨设计使它们可以轻松地安装在电源、接触器或继电器旁边。以太网供电(PoE, PoE+， PoE++)可用于大多数Antaira的工业交换机，以简化摄像机和其他组件的连接。除了多个千兆以太网端口，Antaira的工业交换机还提供SFP插槽用于光纤连接。光纤不受电子噪声影响，因此SFP插槽可用于机器人和远程高级控制器之间的远程通信。而工业交换机剩余的以太网端口能够从机器人单元中的各个组件收集数据。

像所有Antaira网络设备一样，我们的以太网交换机是工业级的，可以承受恶劣的制造环境。Antaira的工业开关安装在坚固的ip30级金属外壳中，可以可靠地处理高水平的振动，电子干扰和大范围的温度波动。

如果您计划在机器人应用程序中添加视觉，请联系我们的网络专家以选择理想的视觉工业以太网交换机．