手動(dòng)撿工件箱的工作繁瑣而緩慢，手動(dòng)每碰一次零件，工資成本和受傷的可能性都會(huì)增加。許多制造工廠的主要目標(biāo)是最大限度地減少工人執(zhí)行重復(fù)性任務(wù)的需求，并使過程完全自動(dòng)化。這種方法使制造商能夠更好地利用熟練勞動(dòng)力來完成更復(fù)雜的任務(wù)，并繼續(xù)優(yōu)化他們的運(yùn)營。

　　雖然人類從工件箱中隨機(jī)挑選物品是一項(xiàng)簡單的工作，但這項(xiàng)工作實(shí)際上非常復(fù)雜，需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。由于機(jī)器人揀箱需要各種形式的感知和決策，系統(tǒng)必須識(shí)別零件的位置和方向，知道箱子的位置，并計(jì)算和優(yōu)化三維軌跡以到達(dá)和提取箱子內(nèi)容。然后，在開始移動(dòng)時(shí)，機(jī)器人必須避開障礙物，包括工件箱本身的內(nèi)部，取出零件，放在它們應(yīng)該在的地方，而不損壞它們。

　　為了通過機(jī)器人實(shí)現(xiàn)有效的工件箱分類，三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)揮了作用：

　　三維機(jī)器人視覺

　　機(jī)器學(xué)習(xí)能力

　　計(jì)算機(jī)的處理能力足以快速可靠地執(zhí)行這一過程。

　　為了理解3D視覺的重要性(這對(duì)成功的自動(dòng)箱柜揀選是必不可少的)，有必要理解2D機(jī)器人視覺的發(fā)展和應(yīng)用。早期的拾放系統(tǒng)使用2D視覺技術(shù)來識(shí)別X和Y平面上的零件?？刂破魇褂眠@些信息來訓(xùn)練機(jī)器人重復(fù)這些任務(wù)。自20世紀(jì)90年代以來，2D視覺系統(tǒng)的發(fā)展使得工件箱拾取速度更快，成本更低，設(shè)置更快，現(xiàn)在它還包括先進(jìn)的算法，可以簡化特定應(yīng)用系統(tǒng)的訓(xùn)練。

　　二維視覺是最常見的工業(yè)機(jī)器人視覺系統(tǒng)，高度發(fā)達(dá)，相對(duì)便宜。它可以定位和拾取物體，因此不需要操作員處理物體和/或建造夾具來固定它。輸送機(jī)零件傳送不需要支架來定位零件。物體可以隨機(jī)定向，機(jī)器人無需組織就能探測到。二維系統(tǒng)具有很少的移動(dòng)部件，因此簡化了自動(dòng)化單元的操作。

　　然而，2D視覺系統(tǒng)的簡單性導(dǎo)致了一些限制。2D系統(tǒng)使用X和Y偏移以及平面的旋轉(zhuǎn)角度來定位零件。物品必須相對(duì)平坦，照明必須在組件和背景之間產(chǎn)生足夠的對(duì)比?？梢匀萑桃恍┲丿B，但是對(duì)象應(yīng)該分散到一定程度，以確?？煽康男阅?。

　　通過增加第三或Z軸維度的感測能力，3D視覺系統(tǒng)使用X、Y和Z位置在多個(gè)自由度上定位零件。由于這種能力，3D視覺可以更容易地對(duì)重疊的零件進(jìn)行裝箱分類，甚至可以區(qū)分半結(jié)構(gòu)化的物品，例如用塑料或紙質(zhì)保護(hù)支架包裹的零件。3D視覺系統(tǒng)非常適合人類操作員無法忍受的惡劣環(huán)境，包括冷凍室。為成功做好準(zhǔn)備。

　　為了確保有效的箱柜拾取操作，最佳的攝像機(jī)放置對(duì)于3D機(jī)器人視覺系統(tǒng)是至關(guān)重要的，并且取決于所需的部件和操作。當(dāng)需要大視野時(shí)，放置在適當(dāng)位置的固定攝像機(jī)可以看到整個(gè)工作空間。機(jī)器人拿起零件，機(jī)器人處理完零件并返回后，處理器會(huì)花時(shí)間識(shí)別下一個(gè)零件的位置。機(jī)器人攜帶的相機(jī)的第二個(gè)選項(xiàng)也可以觀察廣闊的區(qū)域。定位機(jī)器人攝像機(jī)并拍照以確定其精確位置。這種安排比固定攝像機(jī)設(shè)置提供了更多的靈活性，但周期時(shí)間較長。第三種但不太常見的攝像機(jī)放置方法是在機(jī)器人本身上使用一個(gè)固定的攝像機(jī)。

　　除了攝像頭的位置，還有許多其他因素會(huì)影響機(jī)器人視覺系統(tǒng)保持有效識(shí)別可靠性的能力。例如，持續(xù)明亮的光源對(duì)于拾取操作至關(guān)重要。對(duì)于2D系統(tǒng)來說尤其如此，它受益于使用安裝在機(jī)器人上的光源來克服對(duì)背景混亂或照明輕微變化的敏感性。

　　在某些情況下，光可能還需要具有特定的顏色或頻率，例如紅外照明，以便提高檢測精度。物體本身的配置——，包括它的大小和復(fù)雜程度，以及零件的大小和攝像頭產(chǎn)生的圖像的大小3354，也會(huì)影響識(shí)別的可靠性。

　　當(dāng)零件被一致識(shí)別時(shí)，視覺系統(tǒng)可以在箱柜揀選操作中提供許多優(yōu)勢。該系統(tǒng)不需要為機(jī)器人組織部件來查看它們，因此在整體操作中提供了更大的靈活性。在沒有視覺系統(tǒng)的情況下，需要額外的工具來將零件固定在特定的位置和方式。

　　同樣，使用傳送帶運(yùn)輸零件不再需要支架來將零件定位在特定位置。視覺系統(tǒng)簡化了自動(dòng)化單元的整體操作，因?yàn)樗畲笙薅鹊販p少了完成取放操作所需的移動(dòng)部件和步驟的數(shù)量。

　　除了選擇機(jī)器人視覺系統(tǒng)的硬件組件之外，還需要校準(zhǔn)來將攝像機(jī)圖像與機(jī)器人的坐標(biāo)定向運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。

　　在2D視覺系統(tǒng)中，通過使用由已知大小的塊組成的網(wǎng)格覆蓋的板來調(diào)整圖像的像素。手眼標(biāo)定中，攝像頭發(fā)送零件位置的信息，機(jī)器人學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)換成定位信息。校準(zhǔn)基本上將攝像機(jī)的位置和它看到的東西與機(jī)器人坐標(biāo)系聯(lián)系起來。

　　使用機(jī)器學(xué)習(xí)

　　結(jié)合有效的視覺和校準(zhǔn)，機(jī)器學(xué)習(xí)通過補(bǔ)充視覺系統(tǒng)理解和操縱有機(jī)部分(即形狀因示例而異的對(duì)象)形狀的能力，在優(yōu)化任務(wù)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。機(jī)器學(xué)習(xí)有助于降低配置的復(fù)雜性，例如，處理照明差異。

　　有關(guān)生產(chǎn)環(huán)境和零件本身的大量信息需要相當(dāng)大的計(jì)算能力才能得到有效和全速的處理。工件箱揀選依賴于具有足夠處理“肌肉”的機(jī)器人控制器，以低周期時(shí)間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。因?yàn)槊總€(gè)廠商都想縮短周期時(shí)間，所以系統(tǒng)改進(jìn)和更高的處理能力是提高分揀效率的關(guān)鍵點(diǎn)。為了以最大的速度和效率運(yùn)行，機(jī)器人工件箱揀選系統(tǒng)需要優(yōu)化的視覺和學(xué)習(xí)能力，并由大量的計(jì)算資源支持。機(jī)器人控制器必須具有足夠的功率，以提供最大的精度和可重復(fù)性以及盡可能最短的周期時(shí)間。準(zhǔn)確的箱柜揀選依賴于設(shè)計(jì)良好的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有優(yōu)化視覺、學(xué)習(xí)和處理的能力。