工业机器人视觉系统组成及介绍
机器人视觉系统介绍
机器人视觉（Robot Vision）简介机器视觉系统的组成机器视觉系统是指用计算机来实现人的视觉功能，也就是用计算机来实现对客观的三维世界的识别。
按现在的理解，人类视觉系统的感受部分是视网膜，它是一个三维采样系统。
三维物体的可见部分投影到网膜上，人们按照投影到视网膜上的二维的像来对该物体进行三维理解。
所谓三维理解是指对被观察对象的形状、尺寸、离开观察点的距离、质地和运动特征（方向和速度）等的理解。
机器视觉系统的输入装置可以是摄像机、转鼓等，它们都把三维的影像作为输入源，即输入计算机的就是三维管观世界的二维投影。
如果把三维客观世界到二维投影像看作是一种正变换的话，则机器视觉系统所要做的是从这种二维投影图像到三维客观世界的逆变换，也就是根据这种二维投影图像去重建三维的客观世界。
机器视觉系统主要由三部分组成：图像的获取、图像的处理和分析、输出或显示。
将近80%的工业视觉系统主要用在检测方面，包括用于提高生产效率、控制生产过程中的产品质量、采集产品数据等。
产品的分类和选择也集成于检测功能中。
下面通过一个用于生产线上的单摄像机视觉系统，说明系统的组成及功能。
视觉系统检测生产线上的产品，决定产品是否符合质量要求，并根据结果，产生相应的信号输入上位机。
图像获取设备包括光源、摄像机等；图像处理设备包括相应的软件和硬件系统；输出设备是与制造过程相连的有关系统，包括过程控制器和报警装置等。
数据传输到计算机，进行分析和产品控制，若发现不合格品，则报警器告警，并将其排除出生产线。
机器视觉的结果是CAQ系统的质量信息来源，也可以和CIMS其它系统集成。
图像的获取图像的获取实际上是将被测物体的可视化图像和内在特征转换成能被计算机处理的一系列数据，它主要由三部分组成：＊照明＊图像聚焦形成＊图像确定和形成摄像机输出信号1、照明照明和影响机器视觉系统输入的重要因素，因为它直接影响输入数据的质量和至少3 0%的应用效果。
由于没有通用的机器视觉照明设备，所以针对每个特定的应用实例，要选择相应的照明装置，以达到最佳效果。
1.1工业机器人的系统组成
MMT
三种驱动方式比较：
电气驱动方式:电气驱动所用能源简单，机构速度变化范围大，效率高，速
度和位置精度都很高，且具有使用方便、噪声低和控制灵活的特点。
MMT
【背景知识】 2．机械结构系统
工业机器人的机
械结构系统是工业机 器人为完成各种运动 的机械部件。系统由 骨骼(杆件)和连接它 们的关节(运动副)构 成，具有多个自由度， 主要包括手部、腕部、 臂部、机身等部件， 如右图所示。
2MMT
机械结构系统——手腕
手腕是连接末端执 行器和手臂的部件，它的作 用是调整或改变工件的方位， 因而它具有独立的自由度， 以使机器人——手臂
手臂是机器人执行 机构中重要的部件，它的作 用是将被抓取的工件运送到 给定的位置上。
2MMT
机械结构系统——腰部和基座
【背景知识】 3．感受系统
感受系统由内部传感器和外部传感器构成。 传感器处于连接外界环境与机器人的接口位 置，是机器人获取信息的窗口 。
MMT
【背景知识】 3．感受系统
感受系统由内部传感器和外部传感器构成。 传感器处于连接外界环境与机器人的接口位置， 是机器人获取信息的窗口 。
机器人对传感器的要求 ①精度高、重复性好； ② 稳定性和可靠性好； ③ 抗干扰能力强； ④ 质量轻、体积小、安装方便。
MMT
（1)传感器的分类 根据传感器在机器人上应用目的与使用范围的 不同，将其分成两类：内部传感器和外部传感器。 内部传感器：用于检测机器人自身的状态，如： 测量回转关节位置的轴角编码器、测量速度以控制 其运动的测速计。 外部传感器：用于检测机器人所处的环境和对 象状况，如视觉传感器，可为更高层次的机器人控 制提供大得多的适应能力，也是给工业机器人增加 了自动检测能力。外部传感器可进一步分为末端执 行器传感器和环境传感器。
工业机器人的结构认知
机身设计成机座 式，这种机器人 可以使独立的、 自成系统的控制 装置，可以随意 安放和搬动。
屈伸式机器人的 臂部可以有大小 臂组成，大小臂 间有相对运动， 成为屈伸臂。
任务一：工业机器人的结构 认知
2. 机械结构系统
（3）手腕
联接臂部和末端执行器，手腕 确定末端执行器的作业姿态，一般 需要三个自由度，由三个回转关节 组合而成，组合方式多样。
为了提高机器人手部和手腕的操作能力、灵活性和快速反应能力，使机器人能像人手一样进行
各种复杂的作业，必须有一个运动灵活、动作多样的灵巧手，即仿人手。手指的关节通常通过
钢丝绳、记忆合金、人造肌纤维驱动。
任务一：工业机器人的结构 认知
2. 机械结构系统 有了像人一样的“手指”，就可以做更多细致精确的动作了！它也可以心灵手巧了！
凑，密封问题较大。
结构适当，执行机构可标准化、模拟化， 易实现直接驱动。功率/质量比大，体积小，
结构紧凑，密封问题较小。
伺服电动机易于标准化，结构性能好，噪 声低，电动机一般需配置减速装置，除DD电 动机外，难以直接驱动，结构紧凑，无密封
问题。
安全性
防爆性能较好，用液压油作传动介质，在一定 条件下有火灾危险。
仿人手机器人的动作
任务一：工业机器人的结构 认知
2. 机械结构系统
多指机器人主要有柔性手和多指灵活手两种。
（a）多关节柔性手
（b）三指灵巧手
（c）四指灵巧手
图2-23 柔性手和多指灵活手
任务一：工业机器人的结构 认知
3. 机器人-环境交互系统
机器人-环境交互系统是实现工业机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的 系统。机器人与外部设备集成为一个功能单元，如加工制造单元、焊接单元、装配 单元等；也可以是多台机器人、多台机床或设备、多个零件储存装置等集成为一个 去执行复杂任务的功能单元。
机器人的组成结构及原理
机器人的组成结构及原理机器人作为一种能够替代人力完成各种任务的智能装置，在现代社会中扮演着越来越重要的角色。
为了更好地理解机器人的工作原理和组成结构，本文将从机器人的基本组成部分、传感器及感知技术、中央处理器、执行器和电源系统等方面进行探讨。
一、机器人的基本组成部分机器人的基本组成部分包括机械结构、电子设备及软件系统。
机械结构是机器人最为显著和重要的特征之一，它是机器人的外部框架，用于支撑和连接各个部分。
通常，机械结构由连接杆、关节和整体骨架等组成。
电子设备则是机器人的"大脑"，用于控制和操纵机械结构。
软件系统是机器人的指令和运行程序，它决定了机器人的行为和任务执行方式。
二、传感器及感知技术机器人的传感器起到了感知环境和获取信息的关键作用。
传感器可以接收并转换环境中的物理量和信号，进而将其转化为数字信号，以供机器人进行分析和判断。
常见的机器人传感器包括视觉传感器、声音传感器、力传感器、光传感器等。
这些传感器能够帮助机器人感知和识别人类的动作、声音、姿势以及环境中的物体和障碍物等。
感知技术的发展不仅提高了机器人的自主性和智能化水平，还为机器人与人类之间的互动提供了更加精确和准确的基础。
三、中央处理器中央处理器是机器人的控制中枢，类似于人类的大脑。
它能够接收传感器传来的信息，并进行处理和分析。
中央处理器负责决策机器人的行动和执行任务的顺序。
在中央处理器中，通常会嵌入一些算法和软件，用于机器人的导航、路径规划、动作控制等方面。
中央处理器的性能决定了机器人的反应速度和智能水平。
四、执行器执行器是机器人的身体部分，用于执行各种动作和任务。
常见的执行器包括电机、液压装置、气动装置等。
机器人的执行器通过接收中央处理器的指令，将其转化为力、速度或位移等物理功能，从而实现机器人的运动和动作。
不同类型的机器人会采用不同的执行器，比如工业机器人常使用电机来完成各种机械操作。
五、电源系统电源系统为机器人提供所需的电能，以保证它的正常运行和工作。
机器视觉应用--ppt课件
机器人应用介绍
视觉＋机器人常见应用
单相机位置修正
通过单相机的视觉系统对目标对象进行图像分析，给出位置坐标。机器人通过位置坐标修正当前动作姿态，调整抓取位置。
相机
通用机器人
定位对象
ViTEX视觉控制器
机器人应用介绍
工作距离
工作距离估算＝（视野宽度／２）／ｔａｎ（视场角／２）
举例： 视野：８０ｘ６０ｍｍ 相机感光芯片：１／１.８“ 镜头：１６ｍｍ 视场角：１８.６８度 工作距离估算：（６０／２）／ｔａｎ（１８.６８／２）＝１８２.４ｍｍ
视觉系统选型
视觉系统光源选型
环形光
条形光
背光
线性光
同轴光
通用外观检测
矩形或较大物体外观检测
机器人应用介绍
视觉＋机器人应用的优点
更高精度
通过视觉的定位可以实现比传统的机械工装更高的定位精度，使机器人能够实现更高精度的装配。
更高灵活度
更复杂的检测
更高的经济性
对不同的产品做抓取的时候，通过使用那个视觉系统可以快速的切换产品的规格，而无需更换复杂的工装夹具。
某些视觉检测的应用无法采用一个相机完成检测，多个相机的成本和安装要求过高。可以通过机器人带相机的方式实现单工位多检测任务的应用。
２／３“
精度估算值
１／５００
１／１０００
１／１２００
１／２０００
举例： 视野：８０ｘ６０ｍｍ 分辨率：１２８０ｘ１０２４ 精度估算值：１／１０００ 精度估算：６０ｘ（１／１０００）＝０.０６ｍｍ／像素 精度精确计算： （８０／１２８０）ｘ（６０／１０２４）＝０.０６２５ｘ０.０５９ｍｍ／像素
工业机器人视觉焊缝识别系统设计
工业机器人视觉焊缝识别系统设计工业机器人视觉焊缝识别系统设计随着工业化进程的加快和科技的不断发展，工业机器人在生产线上的应用越来越广泛。
焊接是制造业中常见的工序之一，传统的焊接工作由人工操作完成，但这种方式存在效率低、质量不稳定以及劳动力成本高等问题。
为了提高生产效率和产品质量，工业机器人的应用成为焊接行业的一个重要趋势。
然而，仅有机器人的应用是不够的，视觉识别系统的引入对于确保焊缝的高质量起到了非常重要的作用。
工业机器人视觉焊缝识别系统主要是通过相机模块获取焊缝图像，并通过图像处理和算法的支持，对焊缝进行实时识别和定位。
本文将介绍一个基于视觉识别的工业机器人焊缝识别系统的设计思路和关键技术。
首先，系统硬件部分包括相机模块、光源、机器人控制器和焊接工作台等。
相机模块是获取焊缝图像的核心设备，其位置和角度的选择需要满足焊缝识别的要求。
为了保证图像的清晰度和稳定性，光源的设计也是至关重要的。
机器人控制器作为系统的核心，负责接收和解析相机模块采集到的图像，并实时指示机器人的动作。
其次，系统软件部分包括图像处理算法、焊缝识别算法和机器人控制算法等。
图像处理算法主要对相机模块采集到的图像进行预处理，包括图像增强、噪声滤除、图像分割等，以提高焊缝图像的质量。
焊缝识别算法是识别焊缝位置和形状的关键环节，通常采用边缘检测、特征提取和匹配等方法进行。
机器人控制算法根据焊缝的位置和形状信息，计算出机器人的移动轨迹和焊接参数，实现焊缝的高精度识别和自动焊接。
最后，系统的核心是各个部分的协同工作。
相机模块通过获取焊缝图像传输给机器人控制器，控制器解析并通过图像处理和焊缝识别算法进行分析，最终得到焊缝的位置和形状信息，并传递给机器人控制算法，实现机器人的自动控制。
工业机器人视觉焊缝识别系统的设计不仅能大幅度提高焊接效率和质量，还能降低劳动力成本和人力资源的浪费。
通过该系统，可以实现焊缝的自动化识别和精准焊接，减少焊接过程中的误差和质量问题。
ABB机器人系统结构
3、食品加工领域
食品加工领域对卫生和安全的要求非常高。ABB工业机器人在食品加工中的 应用主要包括包装、分拣、清洗等工作。例如，EduBot系列机器人可以完成水果 的清洗和分拣工作，提高生产效率和产品质量。
四、ABB工业机器人的未来发展 趋势
1、智能化
随着人工智能技术的不断发展，ABB工业机器人将更加智能化。未来，机器 人将具备更高级别的感知和决策能力，能够自适应不同的工作环境和任务需求， 提高生产效率和产品质量。
ABB机器人系统结构
01 一、引言
目录
02 二、系统结构概述
03 三、系统特点
04 四、总结
05 参考内容
一、引言
ABB集团是全球知名的机器人技术开发商和集成商，以其先进的机器人系统 在各行各业中得到了广泛应用。ABB的机器人系统结构是该公司在机器人技术领 域不断创新的成果，其系统结构具有开放、灵活和高效的特点，能够满足各种复 杂应用的需求。
三、ABB工业机器人在制造业中 的应用
1、汽车制造领域
汽车制造领域是工业机器人应用最广泛的领域之一。ABB工业机器人在汽车 制造中的应用主要包括焊接、装配、喷漆等工作。例如，IRB系列机器人可以完 成车身焊接、车门装配等高精度、高强度的工作，提高生产效率和质量。
2、电子设备制造领域
电子设备制造领域对精度和效率的要求非常高。ABB工业机器人在电子设备 制造中的应用主要包括贴片、装配、检测等工作。例如，YuMi系列机器人可以完 成硬盘驱动器的组装和检测工作，提高生产效率和产品质量。
3、传感器系统：包括各种传感器和编码器，用于检测机器人的位置、速度 和力矩等参数，确保机器人的运动精度和安全性。
4、人机交互界面：提供用户与机器人交互的接口，用户可以通过界面监控 机器人的状态和运行参数，同时也可以对机器人进行编程和调试。
工业机器人控制系统的组成完整版
工业机器人控制系统的组成HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】工业机器人控制系统的组成1、控制计算机：控制系统的调度指挥机构。
一般为微型机、微处理器有32位、64位等如奔腾系列CPU以及其他类型CPU。
2、示教盒：示教机器人的工作轨迹和参数设定，以及所有人机交互操作，拥有自己独立的CPU以及存储单元，与主计算机之间以串行通信方式实现信息交互。
3、操作面板：由各种操作按键、状态指示灯构成，只完成基本功能操作。
4、硬盘和软盘存储存：储机器人工作程序的外围存储器。
5、数字和模拟量输入输出：各种状态和控制命令的输入或输出。
6、打印机接口：记录需要输出的各种信息。
7、传感器接口：用于信息的自动检测，实现机器人柔顺控制，一般为力觉、触觉和视觉传感器。
8、轴控制器：完成机器人各关节位置、速度和加速度控制。
9、辅助设备控制：用于和机器人配合的辅助设备控制，如手爪变位器等。
10、通信接口：实现机器人和其他设备的信息交换，一般有串行接口、并行接口等。
11、网络接口1）Ethernet接口：可通过以太网实现数台或单台机器人的直接PC通信，数据传输速率高达10Mbit/s，可直接在PC上用windows库函数进行应用程序编程之后，支持TCP/IP通信协议，通过Ethernet接口将数据及程序装入各个机器人控制器中。
2）Fieldbus接口：支持多种流行的现场总线规格，如Devicenet、ABRemoteI/O、Interbus-s、profibus-DP、M-NET等。
?工业机器人控制系统分类1、程序控制系统：给每一个自由度施加一定规律的控制作用，机器人就可实现要求的空间轨迹。
2、自适应控制系统：当外界条件变化时，为保证所要求的品质或为了随着经验的积累而自行改善控制品质，其过程是基于操作机的状态和伺服误差的观察，再调整非线性模型的参数，一直到误差消失为止。
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7. 光谱响应特性（Spectral Range）：是指该像元传感器 对不同光波的敏感特性，一般响应范围是350nm－ 1000nm，一些相机在靶面前加了一个滤镜，滤除红外光 线，如果系统需要对红外感光时可去掉该滤镜。
3.相机的主要参数
1. 分辨率（Resolution）：相机每次采集图像的像素点数 （Pixels），对于数字相机一般是直接与光电传感器的像元数对应 的，对于模拟相机机则是取决于视频制式，PAL制为768*576， NTSC制为640*480，模拟相机已经逐步被数字相机代替，且分辨 率已经达到6576*4384。
❖ 3.相机的主要参数 ❖ 4.工业相机与普通相机的区别 ❖ 5.工业相机选型的依据 ❖ （1）应用的不同 ❖ （2）分辨率的选择 ❖ （3）与镜头的匹配 ❖ （4）相机帧数选择 ❖ 6.几种摄像机的参数实例
1.相机的概念
❖ 工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件，
其最本质的功能就是将光信号转变成有序的
4. 曝光方式（Exposure）和快门速度（Shutter）：对于线阵相机 都是逐行曝光的方式，可以选择固定行频和外触发同步的采集方 式，曝光时间可以与行周期一致，也可以设定一个固定的时间；
5. 像元尺寸（Pixel Size）：像元大小和像元数（分辨率） 共同决定了相机靶面的大小。数字相机像元尺寸为 3μm~10μm，一般像元尺寸越小，制造难度越大，图像质 量也越不容易提高。
❖ （4）相机帧数选择
❖ 当被测物体有运动要求时，要选择帧数高的 工业相机。但一般来说分辨率越高，帧数越 低。
模拟相机
❖ 有效像素数是指： ❖ 真正参与感光成像的 像素值。
USB摄像机
GIGE千兆网相机
❖ 1.电子卷帘快门 ❖ (electronic rolling ❖ shutter)。
❖ 2.全局快门 ❖ (global shutter/ ❖ snapshot shutter)
用在视觉自动检查的方案或行业中一般用CCD工 业相机比较多。 CMOS工业相机由成本低，功耗 低也应用越来越广泛。
❖ （2）分辨率的选择
首先考虑待观察或待测量物体的精度，根据精度 选择分辨率。
（3）与镜头的匹配
传感器芯片尺寸需要小于或等于镜头尺寸，C或CS安装座 也要匹配（或者增加转接口）。
镜头和摄像机之间的接口有许多不同的类型，工业摄像机 常用的包括C接口、CS接口、F接口、V接口、T2接口、 徕卡接口、M42接口、M50接口等。接口类型的不同和镜 头性能及质量并无直接关系，只是接口方式的不同，一般 可以也找到各种常用接口之间的转接口。
（3）扫描方式
❖ （4）分辨率大小 ❖ 普通分辨率相机、高分辨率相机
❖ （5）输出信号方式 ❖ 模拟相机、数字相机
❖ （6）输出色彩 ❖ 单色相机、彩色相机
❖ （7）输出信号速度 ❖ 普通速度相机、高速相机
❖ （8）响应频率范围 ❖ 可见光（普通）相机、红外相机、紫外相机
等
❖ （9）深度的计算方式
电信号。 ❖ 灰度值的产生：
N个电子落在 传感器的区域
内
电压经过放大并通 过模数转换数字化
产生灰度值y
电子-空穴对形 成电荷然后转
换为电压
2.相机的分类
（1）芯片类型 CCD相机、CMOS相机 (CCD图像传感器提
供较好的质量，而CMOS图像传感器按电池 寿命和低成本来说能提供更好的性能)
（2）传感器结构特性 线阵相机、面阵相机
RGBD摄像机
二.工业镜头篇
❖ 1.镜头的定义 ❖ 2.镜头的分类 ❖ 3.镜头参数 ❖ 4.像差
工业机器人视觉系统组成及 介绍
By Brad Lucas 2016.4.9
视觉系统
0.机器视觉系统组成架构 1.工业摄像机 2.镜头 3.照明光源 4.图像采集/处理卡
0.机器视觉系统组成架构
❖ 模拟相机视觉系统
一.工业相机篇
1.相机的概念 2.相机的分类 （1）芯片类型 （2）传感器结构特性 （3）扫描方式 （4）分辨率大小 （5）输出信号方式 （6）输出色彩 （7）输出信号速度 （8）响应频率范围
2.工业相机输出的是裸数据(raw data)，其光谱 范围也往往比较宽，比较适合进行高质量的图像 处理算法，例如机器视觉(Machine Vision)应用。 而普通相机拍摄的图片，其光谱范围只适合人眼 视觉，并且经过了mjpeg压缩，图像质量较差， 不利于分析处理。
5.工业相机选型的依据
❖ （1）应用的不同
2. 像素深度（Pixel Depth）：即每像素数据的位数，一般常用的 是8Bit，对于数字相机机一般还会有10Bit、12Bit、14Bit等。
3. 最大帧率（Frame Rate）/行频（Line Rate）：相机采集传输 图像的速率，对于面阵相机一般为每秒采集的帧数（Frames/Sec. ），对于线阵相机为每秒采集的行数（Lines/Sec.）。
C接口和CS接口是工业摄像机最常见的国际标准接口，为 1英寸－32UN英制螺纹连接口，C型接口和CS型接口的螺 纹连接是一样的，区别在于C型接口的后截距为17.5mm， CS型接口的后截距为12.5mm。所以CS型接口的摄像机 可以和C口及CS口的镜头连接使用，只是使用CS口镜头 时需要加一个5mm的接圈；C型接口的摄像机不能用CS 口的镜头。
8.接口类型：数字相机有Camera Link接口，以太网接口，
CCD & CMOS靶面大小
❖ CCD & CMOS靶面 越大，则对应的视 野角越大。
4.工业相机与普通相机的区别
1.工业相机的性能稳定可靠易于安装，相机结构 紧凑结实不易损坏，连续工作时间长，可在较差 的环境下使用，一般的数码相机是做不到这些的。