西克应用

　　概述

　　在工业自动化领域，机器人引导（Robot Guidance）是实现柔性生产和智能制造的关键技术之一。SICK推出的Inspector(P) 2D智能相机，集成图像采集、算法处理与通信功能，可在无需外部工控机的情况下，独立完成目标识别与定位任务，广泛应用于机器人视觉引导场景。

　　Inspector(P)智能相机支持包括目标定位、特征提取等传统视觉方法，并逐步融合AI深度学习算法，实现对复杂工件的稳定识别。在机器人引导应用中，相机通过获取目标物体的二维位置信息（X、Y）及旋转角度（θ），并通过工业通信协议（如TCP/IP、PROFINET等）实时传输至机器人控制系统，从而引导机器人完成定位抓取、装配或分拣等操作。

　　本文介绍如何快速使用Inspector(P)系列智能相机实现机器人定位引导。

　　

　　Inspector(P)系列智能相机

　　01

　　相机安装

　　包括固定位置安装（眼在手外）和安装到机器人上（眼在手上）两种方式。

　　本步骤旨在完成相机安装与对焦，以获取高质量的图像。确定工作距离后，需依次调整光圈与焦距，并设置适当的曝光时间、对比度等参数，从而获得对比度良好、图像清晰的画面。参数设定完成后，请勿再改动相机硬件部分。

　　眼在手外

　　眼在手上

　　下图展示了相机参数设置界面。在Jobs页面中配置曝光时间、对比度、亮度等参数，并在图像修正选项中选择“未修正”。建议先运行自动设置功能；若图像质量仍不理想，再手动进行精细调整。

　　图片

　　02

　　相机标定

　　Inspector(P)支持简单与三点两种标定板类型，通常推荐使用三点标定板（如下图所示）。

　　请根据实际视野大小打印相应尺寸的标定板，确保标定板方格铺满整个目标视野区域，并保持标定板表面平整。标定时，标定板与相机之间的距离应设定为实际定位所需的工作距离。

　　若需将相机坐标系转换至机器人坐标系，建议选用带有ABCD坐标标记的标定板。其坐标顺序依次为：左上（A）、右上（B）、左下（C）、右下（D）。

　

　　标定步骤如下：

　•　切换至 System 页面。

     •　选择 “摄像头校准” 功能。

　•　采集标定板图像，随后点击 “暂停”。

　•　输入标定板相关参数，将标定板类型选为 “三点”，点击 “估算位置”，即可完成相机标定。

　

　　校准完成后，请在实时图像界面中选择“完整校准”选项。此后，实时显示的图像即为经过标定校正的画面。将鼠标移至图像任意位置，下方坐标显示将切换为以“mm”为单位的物理坐标数据。

　

　　03

　　手眼关联

　　坐标系分为两种，一是工件坐标系（标定板坐标系），二是机器人坐标系。

　　3.1工件坐标系

　　在相机标定过程中，系统已基于标定板位置建立了相机坐标系，即工件坐标系。下图中蓝色网格的交点位置为坐标系原点 (0, 0, 0)，红色箭头指示的方向为 X 轴正方向，绿色箭头指示的方向为 Y 轴正方向。然后机器人根据此坐标创建坐标系，这样即完成了手眼关联。

　

　　3.2机器人坐标系

　　将相机坐标系转换至机器人坐标系，该过程需计算并应用转换矩阵。

　　

　　若标定板自带ABCD四个标记点：

　　•相机将自动识别该四点在其坐标系中的位置；

　　•操作机器人使用TCP尖点依次对准同一点位，并分别录入它们在机器人坐标系下的坐标值；

　　•将获得的坐标填入对应输入框，并勾选“执行坐标转换”复选框，系统将自动计算转换矩阵。

　　若标定板无预设标记点：

　　•可在标定板上按左上、右上、左下、右下的顺序手动标注四个点；

　　•分别输入这四个点在相机坐标系与机器人坐标系中的对应坐标；

　　•勾选“使用任意4个点标定”选项，即可执行转换矩阵计算。

　

　　完成以上步骤后，应用过程中可以使用“手眼坐标转换”工具把对应的坐标转换到机器人坐标系中。

　　04

　　应用配置

　　4.1基本步骤

　　•完成相机安装和标定后，可以按照以下步骤进行应用。

　　•放置待抓取工件，调整成像参数以获取最佳图像质量。

　　•添加参考图像，该图像中工件的位置将作为基准抓取位置。

　　•添加“高精度目标匹配”工具，并依据操作指引完成参数配置。

　　•控制机器人移动至抓取位置，记录当前坐标数据，此位置即为机器人抓取的基准位置。

　　•输出坐标信息，包括XY平面偏移量及旋转角度，机器人将基于该偏移量执行抓取操作。

　　•如需使用机器人坐标系，请添加“手眼坐标转换”工具，利用转换矩阵将工件位置坐标转换至机器人坐标系。

　

　　4.2辅助工具

　　实际应用中，可在“高精度目标匹配”工具基础上配合使用其它工具，例如：

　　•参考点：可设定于工件的特定位置，比如抓取位置，是坐标系中的绝对位置。

　　•圆拟合：可精准定位圆形中心，作为定位位置。

　　以上工具位于高精度目标匹配工具的下一层级，可跟随匹配结果联动。

　　•AI物体检测：可以得到N个经过训练物体的重心位置用于定位抓取引导。

　　•斑点定位器：可以获得不规则物体重心位置。

　　4.3通讯配置

　　坐标输出支持TCP/IP、PROFINET、Ethernet/IP等通信协议，具体配置方法请参阅相关技术文档。

　　05

　　典型应用

　　传送带包裹定位

　

　　传送带纸箱定位

　　汽车冲压件定位

　　饮料包装行业定位

　　SICK

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