相信大家都經(jīng)歷過一件事:組裝新家具。把零件按順序排列好，查看安裝說明，發(fā)現(xiàn)要花費(fèi)的時(shí)間比預(yù)期要長(zhǎng)!

新加坡南洋理工大學(xué)(NTU Singapore)的科學(xué)家們研制了一種機(jī)器人，可以獨(dú)立組裝椅子的各個(gè)零件。該機(jī)器人由一個(gè)HK Ensenso N35 3D相機(jī)和兩個(gè)能抓取物體的機(jī)器臂組成。

應(yīng)用

為了幫助機(jī)器人組裝宜家的椅子，來自“機(jī)械與航空工程學(xué)院”的團(tuán)隊(duì)用三個(gè)不同的開源庫對(duì)算法進(jìn)行編碼。機(jī)器人的硬件設(shè)計(jì)是為了模擬人們?nèi)绾伟惭b物體:“眼睛”為3D攝像頭，“手臂”為能夠在六個(gè)軸上運(yùn)動(dòng)的工業(yè)機(jī)械臂。每只機(jī)械臂都有抓手來抓取物體。手腕上安裝了力傳感器，以確定“手指”的握力以及它們使物體相互接觸的強(qiáng)度。

機(jī)器人開始組裝過程時(shí)，會(huì)拍攝地面上各部件的3D圖像，生成各部件估計(jì)位置的地圖，由HK Ensenso 3D相機(jī)完成。相機(jī)的工作原理是模仿人類視覺的“投影紋理立體視覺”(stereo vision)。兩臺(tái)相機(jī)從兩個(gè)不同的位置獲取同一場(chǎng)景的圖像。雖然攝像機(jī)看到的場(chǎng)景內(nèi)容是相同的，但根據(jù)攝像機(jī)的投影射線得到的物體位置不同。特殊的匹配算法比較兩幅圖像，搜索相應(yīng)的點(diǎn)，并在視差圖中可視化所有點(diǎn)的位移。虹科提供軟件可以確定每個(gè)單獨(dú)的圖像像素或物體點(diǎn)的三維坐標(biāo)，以便于完成椅子的組裝。

難點(diǎn)

難點(diǎn)是在混亂的環(huán)境中盡可能精確、快速、可靠地定位組件。虹科3D相機(jī)依賴大功率投影儀足以滿足這些需求。即使在艱難的光線條件下，投影儀也能通過圖像掩模在物體表面產(chǎn)生高對(duì)比度的紋理。投射的紋理補(bǔ)充了宜家椅子組件上薄弱或不存在的物體表面結(jié)構(gòu)。

這個(gè)應(yīng)用利用了虹科N35系列相機(jī)中獨(dú)有的FlexView投影儀技術(shù)，投影在組件物體表面上的模式可以改變表面上的紋理，檢測(cè)得到的深度信息非常精確完整，該項(xiàng)技術(shù)是通過獲取同一目標(biāo)場(chǎng)景的不同紋理的多幅圖像融合成一幀圖像得到。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是HK Ensenso軟件提供機(jī)器人手眼標(biāo)定功能。使用一個(gè)標(biāo)定板，它確保相機(jī)坐標(biāo)系(在這種情況下是相機(jī)是靜止的)的位置是相對(duì)于基礎(chǔ)坐標(biāo)系(組件的位置)確定的。這使得機(jī)器人的手能夠準(zhǔn)確地對(duì)圖像信息做出反應(yīng)，并準(zhǔn)確地到達(dá)目的地。

“對(duì)于一個(gè)機(jī)器人來說，把椅子精確的拼湊比人為工作更復(fù)雜”南洋理工大學(xué)的Pham Quang Cuong教授解釋道。“必須分解成不同的步驟，比如識(shí)別不同的椅子部件在哪里，抓住這些部件所需要的力量，以及確保機(jī)械手臂在移動(dòng)時(shí)不會(huì)相互碰撞。通過相當(dāng)大的工程努力，我們開發(fā)了算法，使機(jī)器人能夠自行組裝椅子?！苯Y(jié)果是南洋理工大學(xué)的機(jī)器人只用了8分55秒就安裝好宜家的“斯第芬”椅子。

前景

據(jù)Pham Quang Cuong教授介紹，人工智能將使這一應(yīng)用在未來更加獨(dú)立和有前途:“我們希望在這種方法中融入更多的人工智能，使機(jī)器人更加自主，這樣它就可以通過人類演示或閱讀安裝手冊(cè)，甚至從組裝產(chǎn)品的圖片中學(xué)習(xí)組裝椅子的不同步驟。”

新加坡南洋理工大學(xué)的科學(xué)家開發(fā)的機(jī)器人被用于對(duì)機(jī)敏操作的研究，這是一個(gè)需要精確控制專用機(jī)器人手或手指的力量和運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人領(lǐng)域。這需要所有硬件和軟件組件的完美交互。使用虹科3D相機(jī)進(jìn)行三維圖像處理是解決問題的關(guān)鍵。它在準(zhǔn)確性上、經(jīng)濟(jì)和速度方面都令人信服。

這標(biāo)志著家具組裝的真正進(jìn)步，且不止于此。

虹科Ensenso N35

快速和精確的3D視覺

?●GigE接口-靈活多樣

● 緊湊，堅(jiān)固的鋁外殼

● IP65/67

●全局曝光CMOS傳感器和點(diǎn)圖案激光器，可選藍(lán)色或紅外led

● 最大幀率（3D）：10

●工作距離最遠(yuǎn)3000mm(N35)且可調(diào)節(jié)

● 輸出單個(gè)3D點(diǎn)云

● 提供手眼標(biāo)定步驟指引，易于設(shè)置

●帶有標(biāo)定板的機(jī)器人手眼標(biāo)定集成功能

● 可集成uEye工業(yè)攝像頭的軟件，例如，捕捉附加的顏色信息或條形碼

● 靈活的數(shù)據(jù)和幀率的采樣和疊加