｜視覺導引機器人在金屬製品取放應用簡介

摘要：本文介紹視覺導引技術，從架構，包括固定式、移動式與混合式等架構，到視覺導引技術與步驟，如校正、工件特徵比對，手臂夾取姿態。並針對金屬加工機上下料，以水五金加工機自動取放模組為例，介紹2D視覺導引自動取放模組之流程與功能。最後，對視覺導引機器人應用與技術發展趨勢做一總結。

Abstract: This article presents an introduction to stereo vision guided robotic. First, the VGR technologies, including VGR eye-hand architecture, eye-hand calibration, and depth estimation, are described. For the VGR applications, some pick and place for the metal products applications are described. Finally, we will give a briefly introduction to the technology and application trend for VGR.

關鍵詞：視覺導引、視覺導引機器人、工業機器人、金屬製品

Keywords：Vision guidance, Vision guided robotics, Industrial robot, Metal products

前言
工業機械手臂在產業運用上，仍侷限於重複處理固定的工作，以取代人工進行危險、骯髒與單調之工作為主要目的，如搬運、上下料等生產線所需之繁複工作，通常這些工作必須事先規劃，再由一位有經驗的操作員操作教導器，教導機器人沿著固定的軌跡移動。因此在更彈性多樣的要求下，生產線自動化往往會受限於前置製程、製程準備時間與因應針對各種不同的物件而需要很多的夾治具，無形中將導致成本大大提高，導致機械手臂無法遍及運用。

此一現象在多樣少量生產型態的產業中更為明顯，因此近十幾年來機械手臂之發展慢慢朝向智慧化技術發展，如視覺導引機械手臂、力量觸覺安全性之控制以及人機操作之人性化等各種擬人化之技術，期望能克服上述現象。其中尤以結合攝影裝置之工業機械手臂應用發展更為迅速，而發展之目的在於能大幅提升工業機械手臂對工件的空間姿態辨識能力與抓取能力，希望能減少前置製程與夾治具的製作成本和縮短生產線換線時間。

視覺導引技術簡介
2.1視覺導引技術之架構
目前視覺導引技術（Vision Guided Robotics，VGR）之架構有固定式的CCD（Eye-to-hand，如圖1）、移動式的CCD（Eye-in-hand，如圖2）、混合式（Hybrid）等三種架構。其中Eye-to-hand通常是架設固定的攝影機在置料區上方一公尺左右區域，優點在於當機械手臂進行移動與放置動作時，攝影機可同時執行取像等作業，如此可縮短整體取放週期，但缺點是無法取得較高解析度物體影像，常用於精度要求不高的定位與上方物件判定；而Eye-in-hand此類系統攝影機則裝設在機械手臂上增加應用機動性，藉此達到近距離高解析度觀測，而其缺點在無法於移動中即時處理影像。混合式則包含固定式和移動式，具有其他兩種優點，但在成本以及校正、座標空間關係較為繁雜。因此採用何種架構則需根據運用場合、工件形狀、來料等情況而定，而本文將介紹以固定式CCD為架構的視覺導引應用。

2.2 視覺導引技術
結合機械手臂之視覺導引技術不論平面或立體視覺導引可概分為三大步驟：校正，工件特徵空間座標，手臂夾取姿態，如圖3所示。首先校正技術精準度幾乎決定手臂導引精度，同時校正程序與速度亦決定產線更換之速度快慢。工研院發展一套智慧化校正技術，可在幾分鐘內快速完成所有校正程序包括鏡頭之內外參數、手眼校正，如圖4所示。