本文來自微信公眾號(hào)“高工機(jī)器人”，作者/羅艷。
隨著3D視覺與工業(yè)機(jī)器人搭配的緊密度提高，在過去幾年里雙方搭配的滲透率也正在持續(xù)攀升。
高工機(jī)器人產(chǎn)業(yè)研究所（GGII）數(shù)據(jù)顯示，2022年中國3D視覺+工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用臺(tái)套數(shù)為8500套，在整個(gè)工業(yè)機(jī)器人的滲透率為2.8%。
而在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，協(xié)作機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人增速最快的細(xì)分領(lǐng)域之一。從協(xié)作機(jī)器人的銷量上來看，GGII認(rèn)為，未來5年中國協(xié)作機(jī)器人整體銷量年均復(fù)合增速將保持35%以上。預(yù)計(jì)到2026年，中國協(xié)作機(jī)器人銷量將突破10萬臺(tái)大關(guān)，市場規(guī)模將突破100億元。
面對(duì)3D視覺+機(jī)器人廣闊的市場，目前部分3D視覺玩家和協(xié)作機(jī)器人廠商開始謀局未來。
3D視覺企業(yè)&協(xié)作機(jī)器人企業(yè)齊發(fā)力
?3D視覺玩家推出搭載協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)品
面對(duì)協(xié)作機(jī)器人這枝后起之秀，3D視覺玩家開始將協(xié)作機(jī)器人作為業(yè)績?cè)鲩L的考量之一，為協(xié)作機(jī)器人推出合適的應(yīng)用產(chǎn)品。
今年2月，埃爾森推出了新款A(yù)T-S1000-06C-S3型3D視覺相機(jī)，AT-S1000-06C-S3具備輕巧的機(jī)身，兼具埃爾森成熟的雙目成像技術(shù)，面向工業(yè)自動(dòng)化用戶提供可靠的精度及運(yùn)行穩(wěn)定性，為機(jī)械臂，尤其是以協(xié)作機(jī)器人為代表的輕型機(jī)械臂提供了更充裕的負(fù)載余量和更寬松的末端執(zhí)行器安裝空間。
今年3月，圖漾科技正式發(fā)布了新款3D工業(yè)相機(jī)PS800-E1，該款新相機(jī)體積小、重量輕，面向近距離高精度的應(yīng)用場景，滿足無序分揀和物體的測量檢測等多種應(yīng)用場景，尤其適合以eye-in-hand方式安裝于協(xié)作機(jī)器人前端，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的高精度定位引導(dǎo)。
2022年，梅卡曼德推出的Mech-Eye Nano工業(yè)級(jí)3D相機(jī)，重量輕、體積超小，臂載式安裝于協(xié)作機(jī)器人上，具備優(yōu)異的抗環(huán)境光性能，在較強(qiáng)陽光環(huán)境下（>60000 lx）可穩(wěn)定運(yùn)行。
協(xié)作機(jī)器人企業(yè)：手眼協(xié)同，效率加倍
近年來，隨著協(xié)作機(jī)器人工藝包的持續(xù)開發(fā)，協(xié)作機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用逐漸多元化。從應(yīng)用場景來看，目前協(xié)作機(jī)器人的應(yīng)用主要集中于工業(yè)場景的裝配、螺絲鎖付、搬運(yùn)/上下料、拋光打磨、焊接、噴涂等領(lǐng)域。
隨著終端廠家生產(chǎn)的需求與日俱增，協(xié)作型機(jī)器人需要視覺感知來獲取實(shí)際應(yīng)用中的人機(jī)交互能力，來實(shí)現(xiàn)更加智能化和高效的操作。
目前市場上已有部分協(xié)作機(jī)器人企業(yè)推出視覺和協(xié)作機(jī)器人的相關(guān)組合，或與視覺企業(yè)優(yōu)勢互補(bǔ)，強(qiáng)強(qiáng)合作。
4月4日，在2023 ITES深圳工業(yè)展期間，大族機(jī)器人發(fā)布了Elfin Pro（E-Pro）系列協(xié)作機(jī)器人，突破了前置AI視覺小型化的難點(diǎn)，做到一體化內(nèi)走線應(yīng)用，使之同時(shí)擁有眼睛（視覺）、大腦（AI），達(dá)到了看得見、看得準(zhǔn)、會(huì)“思考”的目標(biāo)。
中科新松自研開發(fā)了視覺產(chǎn)品——DUCO Mind智能應(yīng)用控制器，形成了機(jī)器視覺+多可®協(xié)作機(jī)器人組合的解決方案，其中，DUCO Mind智能應(yīng)用控制器可為協(xié)作機(jī)器人作業(yè)提供穩(wěn)定持續(xù)的3D視覺柔性化定位。
2021年，遨博與視科普共同建設(shè)成立“智能機(jī)器人聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”，雙方分別從應(yīng)用研究和基礎(chǔ)研究方面致力于多個(gè)方向的研究，開發(fā)重要復(fù)合型產(chǎn)品，解決產(chǎn)品開發(fā)上游基礎(chǔ)研究和下游產(chǎn)業(yè)化過程中的共性和關(guān)鍵技術(shù)難題，轉(zhuǎn)化科技為生產(chǎn)力。
3D視覺+協(xié)作機(jī)器人的協(xié)同
當(dāng)前，3D視覺+協(xié)作機(jī)器人的組合已經(jīng)應(yīng)用于搬運(yùn)(拆碼垛)、上料、揀選、分類、定位、涂膠、裝配、檢測等應(yīng)用場景。
例如，在物料搬運(yùn)過程中，如果物料是無規(guī)則狀態(tài)，3D視覺可以幫助機(jī)器人識(shí)別物料的位置和方向，從而進(jìn)行準(zhǔn)確的抓取和搬運(yùn)。在品質(zhì)檢測環(huán)節(jié)機(jī)3D視覺可以識(shí)別和檢測產(chǎn)品的缺陷或瑕疵，例如裂紋、異物、變形、錯(cuò)裝、漏裝等，并將檢測結(jié)果反饋給機(jī)器人進(jìn)行后續(xù)處理。在導(dǎo)航和定位環(huán)節(jié)，在協(xié)作機(jī)器人工作過程中，需要對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行感知和理解，協(xié)作機(jī)器人可以利用3D視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)精確的導(dǎo)航和定位。
可以說，有了3D視覺后，協(xié)作機(jī)器人如虎添翼，兩者可以產(chǎn)生較好的協(xié)同作用，有效滿足了柔性自動(dòng)化以及生產(chǎn)設(shè)備安全性需求。
那么，滿足生產(chǎn)柔性化需求的挑戰(zhàn)是什么？兩者如何較好的協(xié)同？
埃爾森CEO苗慶偉指出，在以精密加工為主的應(yīng)用場景中，協(xié)作機(jī)器人對(duì)視覺定位、引導(dǎo)的精度、節(jié)拍和穩(wěn)定性要求都很高，“一般要求視覺具備小體積、輕重量，不過在壓縮視覺相機(jī)體積和重量的同時(shí)，還不能讓視覺產(chǎn)品的性能打任何折扣，這對(duì)視覺廠商的制造、集成能力提出了極高要求。”
對(duì)于視覺相機(jī)而言，“瘦身”絕非易事，要兼顧結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、散熱、精度、接口等方方面面，對(duì)制造廠商的傳感器設(shè)計(jì)和集成能力要求很高。
大族機(jī)器人產(chǎn)品經(jīng)理郝瑜表示：“協(xié)作機(jī)器人和視覺較好地協(xié)同起來需要進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、目標(biāo)識(shí)別和定位、資源共享、關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)調(diào)整、測試驗(yàn)證等多個(gè)環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)合作。”
首先在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，需要充分考慮協(xié)作機(jī)器人和視覺的硬件、軟件和通信接口等方面的兼容性，確保兩者可以順利接口和相互傳遞數(shù)據(jù)。對(duì)于一些需要使用共同資源的場景，例如攝像頭、計(jì)算單元等，可以通過合理的設(shè)計(jì)，將資源共享以避免沖突和浪費(fèi)。在測試驗(yàn)證階段，系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，需要進(jìn)行測試驗(yàn)證，檢查系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用環(huán)境下的表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。
中科新松負(fù)責(zé)人也認(rèn)為，協(xié)作機(jī)器人和3D視覺在搭配使用前，要先確保彼此之間硬件兼容，確保數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定和可靠。“3D視覺的算法需要與機(jī)器人的行為控制算法協(xié)同設(shè)計(jì)，以確保機(jī)器人能夠根據(jù)3D視覺的數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的操作和決策，以便機(jī)器人能夠?qū)⒉僮鹘Y(jié)果及時(shí)反饋3D視覺系統(tǒng)，以便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和優(yōu)化，提高整體的性能。”
“眼在手外”or“眼在手上”
克服協(xié)同的難點(diǎn)后，3D視覺+協(xié)作機(jī)器人又以什么樣的形式出現(xiàn)？
高工機(jī)器人了解到，機(jī)器視覺安裝在協(xié)作機(jī)器人上主要有兩種結(jié)合方式，一種是“眼在手外”，即3D視覺和協(xié)作機(jī)器人分開，另一種形式是eye-in-hand，即在協(xié)作機(jī)器人執(zhí)行末端外置3D視覺。
目前，市場上普遍以eye-in-hand為主，不少行業(yè)人士認(rèn)為，將3D視覺搭載在協(xié)作機(jī)器人執(zhí)行末端已經(jīng)成為近年來的一種技術(shù)趨勢。
這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于感知范圍更廣，機(jī)器人手臂上的3D視覺可以隨著機(jī)器人運(yùn)動(dòng)而感知不同的環(huán)境，可以360度查看周邊環(huán)境，可以更好地適應(yīng)復(fù)雜的任務(wù)環(huán)境。將3D視覺搭載在機(jī)械臂末端上，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的更加精確、個(gè)性化的檢測和定位，提高作業(yè)準(zhǔn)確度和成功率。
“如果拍照點(diǎn)和位置較多比較適合eye-in-hand的方式。”中科新松負(fù)責(zé)人表示，該方式可以一個(gè)相機(jī)搞定多個(gè)視覺應(yīng)用場景，減少相機(jī)數(shù)量，節(jié)省成本。
不過，eye-in-hand這種方案也存在一些局限性。
郝瑜介紹道，在協(xié)作機(jī)器人的末端增置3D視覺后，需要考慮機(jī)械臂的負(fù)載和速度，如果末端負(fù)載過重對(duì)機(jī)器人的運(yùn)行速度和精度有一定影響。
中科新松負(fù)責(zé)人表示，將3D視覺搭載在機(jī)械臂末端上會(huì)增加機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，拍照時(shí)間與機(jī)械臂動(dòng)作時(shí)間不能重疊，所以整體時(shí)間變長。
值得一提的是，當(dāng)eye-in-hand開始普遍存在市場上時(shí)，以大族機(jī)器人和達(dá)明機(jī)器人為代表的廠家又研發(fā)了一種新的技術(shù)，在協(xié)作機(jī)器人的末端內(nèi)建了視覺系統(tǒng)。
據(jù)了解，達(dá)明機(jī)器人的內(nèi)建視覺系統(tǒng)，讓機(jī)器人可將”看見”的影像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)譯成命令提示的能力；大族機(jī)器人的Elfin Pro（E-Pro）系列協(xié)作機(jī)器人做到了一體化內(nèi)走線應(yīng)用。
但目前這種方式在行業(yè)人士看來，成本比較高。
部分行業(yè)人士表示，如果將3D視覺放進(jìn)協(xié)作機(jī)器人執(zhí)行末端里，工作場景或者機(jī)械臂末端的工具安裝不僅會(huì)有局限性，也會(huì)提高客戶的成本。現(xiàn)在市面上3D視覺和協(xié)作機(jī)器人的搭載方式大多是由客戶需求決定，eye-in-hand的方式成本較低，客戶的接受度較高。
3D視覺+復(fù)合機(jī)器人成未來新趨勢？
事實(shí)上，3D視覺+協(xié)作機(jī)器人的應(yīng)用還可以拓展更寬的邊界。
在智能制造的趨勢下，單一的能力已經(jīng)不足以滿足制造生產(chǎn)的需求。從一種能力到多種能力，從執(zhí)行單一任務(wù)到多任務(wù)結(jié)合，讓機(jī)器人“有手有腳有眼睛”，逐漸成為了未來機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要趨勢，滿足了更多細(xì)分場景的需求。
在苗慶偉看來：“將視覺搭載在末軸上這種安裝形式的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在復(fù)合機(jī)器人應(yīng)用上，這種形式拓寬了機(jī)器人和視覺的工作范圍，比如在半導(dǎo)體行業(yè)，可以實(shí)現(xiàn)一臺(tái)復(fù)合機(jī)器人對(duì)一組十幾臺(tái)甚至幾十臺(tái)設(shè)備的管理，而這在過去難以實(shí)現(xiàn)。”
5月23日，在第四屆中國（華南）國際機(jī)器人與自動(dòng)化展覽會(huì)IARS展會(huì)上，高工機(jī)器人也注意到，協(xié)作機(jī)器人企業(yè)和3D視覺企業(yè)在展示產(chǎn)品的時(shí)候，也展示了復(fù)合機(jī)器人，這些復(fù)合機(jī)器人均由3D視覺+協(xié)作機(jī)器人+自主移動(dòng)機(jī)器人組成。
艾利特應(yīng)用軟件工程師劉建樹表示，3D視覺+協(xié)作機(jī)器人+自主移動(dòng)機(jī)器人可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，具備精準(zhǔn)定位、安全性和自主移動(dòng)性，適用于需要更多靈活性和智能化的制造場景。
遨博深圳區(qū)域總經(jīng)理劉艷介紹，遨博已經(jīng)創(chuàng)新地將機(jī)械臂、2D/3D視覺系統(tǒng)以及自主移動(dòng)機(jī)器人（AMR）控制算法部署于一臺(tái)中央控制器中，通過統(tǒng)一的機(jī)器人控制軟件對(duì)上述三種設(shè)備進(jìn)行操作，由一套電池-電源系統(tǒng)為三種設(shè)備供電，可以節(jié)省設(shè)備空間。
3D視覺玩家和協(xié)作機(jī)器人玩家積極推進(jìn)3D視覺+協(xié)作機(jī)器人的落地應(yīng)用，一定程度上有利于激發(fā)市場活力，提高兩者組合的滲透率，打開機(jī)器人+3D視覺背后蘊(yùn)藏的藍(lán)海市場。
