现今汽车发动机缸体搬运作业时，容易因工业相机辨识度不足，而影响机器人抓取缸体的准确度。因此，汽车制造商与机器视觉解决方案供应商通力合作，强化工业相机视觉与定位演算法效能，以获取更精准的缸体座标，让机器人抓取作业更有效率。

　　北京现代汽车有限公司(以下简称北京现代)拥有三座整车生产工厂、三座发动机生产工厂和一座承担自主研发的技术中心，并拥有近三百台机器人，分别应用在车身焊接、车身冲压、发动机组装和涂装等各种关键工位中。

　　在发动机生产工厂，汽车发动机的缸体搬运工作是由韩国现代公司制造的机器人来进行，在引导机器人进行缸体搬运时，采用的是由韩方定制的工业相机加视觉软体的方式，在生产过程中，遇到棘手问题，主要是相机拍照一次检测不成功，须多次拍照才有可能检测成功，影响了工作效率。因此，北京现代决定进行技术改造，以实现机器人对缸体的高效精确抓取。

　　在改造时，此问题一直困扰着北京现代的技术人员。在应用现场，缸体是叠放在一层层的拖盘上，每隔一层缸体叠放的方向不同(图1)。由于缸体只有一个抓取位置(图2)，所以机器人在抓取时，会自动将爪具旋转0度、90度、180度或270度，然后根据每层托盘上各个缸体的大概位置去拍照抓取，同时相机也会跟着爪具进行旋转，因此得到的图像都是一个方向的，而相机却跟着机器人改变拍照方向，这直接影响抓取的准确性。

　　图1缸体摆放方向不同

　　图2缸体抓取位置

　改善拍照方向提升抓取准确性

　　因此要成功实现技改，便必须改善此问题，北京现代的技术人员详细分析了需要解决的两个技术难点。

　　第一个技术难点是机器人座标系与图像座标系的对应关系(N点校准)。从理论上来说，如果机器人旋转0度、90度、180度或270度时的旋转中心是一致的，那么便可以只针对0度时的座标对应关系做N点校准，其他三个角度时的座标系对应只是象限不一样。

　　1.机器人座标系与图像座标系都是0度时，两个座标系是重合的。这时在做完N点校准后，机器人座标与图像座标可直接一一对应。

　　2.机器人座标分别旋转90度、180度和270度时，图像座标系虽未改变，但却与机器人座标系的其他象限有了对应关系。

　　3.如果机器人的旋转中心是一样的，便可得到一个拟合圆。

　　须注意的是机器人在抓取位置旋转四个方向拍照时，必须是以同一固定点为圆心进行旋转，只有这样四个方向(象限)的点才能对应起来，此时只要在一个方向做九点标定即可。否则，如果机器人在抓取位置旋转四个方向拍照时，不是以同一点为圆心进行旋转，那每个方向(象限)都要重新做九点标定，因为每个方向的点无法对应。

　　最终经过确认，机器人夹具在旋转0度、90度、180度和270度时的旋转中心难以保持一致，所以只校准一次并对应象限的方法便无法使用，因此四个角度时都要分别做N点校准。

　　第二个技术难点是拍照后，必须确定图像特征的旋转中心偏移量，图像特征旋转中心与偏移量的和，必须与机器人夹具的旋转中心保持一致，否则抓取时便会产生极大误差。

　　为解决技术改造中遇到的这些难点，并选择一个令人信任的技术解决方案，北京现代的技改部门在综合比较技术实力、产品性价比、售后服务能力和服务品质等多种考虑下，决定选择拥有机器视觉专业的康耐视公司。

　　虽然康耐视In-Sight产品支援多种工业通讯协定，但是在本次应用中与机器人只是采用较简单的RS-232串列埠通讯方式(图3)。

　　图3RS-232串列埠通讯方式示意图

在现场，机器人有两个位置比较重要，一个是拍照位置，另一个是抓取位置，这两个位置都有固定座标，对关键的图像定位问题，康耐视的产品有其创新的解决方案。

　　1.得到基准模型图像。机器人由拍照位置走到抓取位置，然后把缸体移到夹具正好能正确抓到的位置，此位置便是抓取的基准位置。固定好缸体后，机器人从抓取位置回到照相位置，然后进行拍照，得到的图像可作为基准模型图像。

　　2.得到两张抓取位置旋转某个角度的图像。得到基准模型图像后，机器人由拍照位置再走到抓取位置，抓住缸体逆时针或顺时针旋转某个角度(例如CCW-10度或CW-10度)，然后松开缸体，再回到拍照位置进行拍照，得到第二张图像。同样再按此步骤操作得到第三张图像。

　　3.得到这三张图像后，便能在这三张图像上用康耐视的PatMax工具查找同一特征点，根据得到的三个点即可拟合出一个圆，此圆的圆心座标就是机器人夹具的旋转中心，具体如图4所示。

　　图4透过圆心座标来寻找机器人夹具的旋转中心。

　　In-Sight相机与机器人实现无缝配合，具体工作过程如下。

　　第一步，工件分层叠放在旁边，每次只将一层工件放到拍照与抓取位置。

　　第二步，机器人在拍照前会事先知道这一层如何摆放。每个工件的拍照位置都是在机器人程式中事先设置好的。

　　例如抓取工件(0度)时，机器人毋须旋转，直接到拍照位置进行拍照后抓取。在抓取工件(180度)时，机器人会自动旋转180度，然后再到拍照位置进行拍照后抓取。同理，下一层的工件是以90度和270度进行摆放的。

　　第三步，机器人到达拍照位置后，首先向相机发送START1，让相机进行拍照检测。如果定位成功，相机给机器人返回OK，机器人在收到OK后，再向相机发送SHIFT8。相机再把定位座标和角度返回给机器人。若定位失败，相机给机器人返回NG。机器人会自动微调当前位置，然后再次发送START1，让相机重新拍照，直到检测成功。相机拍照后，会把工件的当前座标与当初训练的基准抓取位置座标相减，然后把座标差值和角度传送给机器人，机器人以当初训练的基准抓取位置座标为基础进行调整，然后再去抓取工件。

　　北京现代表示PatMax工具提出视觉行业最佳的定位演算法，即使在复杂情况下也能提供准确定位，更提供丰富的通讯方式，便于整合到现有系统中。

　　经过改造后，北京现代成功解决了棘手的技术难题。机器人工作流畅，且抓取都很准确，几乎没有定位不到的情况。在调试过程中，PatMax工具的优越性得到淋漓尽致的体现。