機(jī)器視覺(jué)在機(jī)器人行業(yè)的應(yīng)用（上）

隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)作為其核心分支之一，正在深刻重塑機(jī)器人行業(yè)的運(yùn)作模式與產(chǎn)業(yè)格局。從精密制造到智慧物流，這項(xiàng)技術(shù)通過(guò)賦予機(jī)器人"看"與"理解"的能力，不僅實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)效率的質(zhì)變突破，更推動(dòng)了物流自動(dòng)化向智能化躍遷。

本文將系統(tǒng)梳理機(jī)器視覺(jué)在工業(yè)機(jī)器人與物流機(jī)器人兩大核心領(lǐng)域的技術(shù)演進(jìn)路徑，結(jié)合視覺(jué)伺服控制、三維工件識(shí)別、智能分揀導(dǎo)航等前沿應(yīng)用場(chǎng)景，剖析其技術(shù)原理與產(chǎn)業(yè)價(jià)值，為洞察機(jī)器人行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型提供全新視角。

<工業(yè)機(jī)器人>

從2013年開(kāi)始，我國(guó)已連續(xù)11年穩(wěn)居全球最大工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)寶座。此外，我國(guó)制造業(yè)機(jī)器人密度已達(dá)到每萬(wàn)名工人470臺(tái)，與10年前相比，增長(zhǎng)幅度接近19倍，這充分體現(xiàn)了我國(guó)制造業(yè)自動(dòng)化、智能化水平的顯著提升。（來(lái)源：經(jīng)濟(jì)參考報(bào)）

盡管在某些年份受到全球經(jīng)濟(jì)形勢(shì)、行業(yè)周期等因素的影響，增速有所波動(dòng)，但總體仍保持上升趨勢(shì)。例如，在制造業(yè)自動(dòng)化升級(jí)的推動(dòng)下，汽車(chē)、電子等行業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求持續(xù)旺盛。

一、應(yīng)用場(chǎng)景: 引導(dǎo)與定位

在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展中，與機(jī)器視覺(jué)相關(guān)的技術(shù)眾多，它們?yōu)楣�業(yè)機(jī)器人賦予了“眼睛”和“大腦”的部分功能，使其能夠更精準(zhǔn)、高效地完成各種任務(wù)。

1、視覺(jué)伺服控制

在工業(yè)生產(chǎn)的諸多環(huán)節(jié)中，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的引導(dǎo)與定位功能為機(jī)器人提供了精準(zhǔn)的“眼睛”。視覺(jué)伺服控制是這一功能的關(guān)鍵應(yīng)用之一。視覺(jué)伺服控制是一種閉環(huán)控制系統(tǒng)，其核心在于利用視覺(jué)傳感器（如攝像頭）獲取環(huán)境或目標(biāo)物體的圖像信息，并將這些信息作為反饋信號(hào)輸入到控制算法中。控制算法根據(jù)視覺(jué)反饋實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的任務(wù)目標(biāo)，如抓取、裝配、焊接等。

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昊艾智能——Zivid 2+ MR60 3D相機(jī)

在工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)伺服控制系統(tǒng)中，Zivid 2+ MR60 3D相機(jī)作為核心視覺(jué)傳感器，通過(guò)實(shí)時(shí)構(gòu)建毫米級(jí)精度的三維環(huán)境模型，為閉環(huán)控制系統(tǒng)提供關(guān)鍵反饋信息。其0.24mm空間分辨率生成的高密度點(diǎn)云（每平方厘米5000像素），使機(jī)器人能精準(zhǔn)識(shí)別工件微小特征，即使面對(duì)黑色塑料孔洞或高反光金屬螺紋等復(fù)雜表面，仍可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)軌跡修正。該設(shè)備將500萬(wàn)像素成像與Sage引擎技術(shù)融合，突破傳統(tǒng)視覺(jué)局限，在裝配任務(wù)中支撐機(jī)器人完成誤差＜0.1mm的精密操作，在焊接/涂膠場(chǎng)景下確保軌跡跟蹤精度達(dá)亞毫米級(jí)。這種將高保真視覺(jué)感知與伺服控制深度耦合的設(shè)計(jì)，使機(jī)器人系統(tǒng)具備類(lèi)似人類(lèi)的實(shí)時(shí)調(diào)整能力，成為高端制造領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)柔性化視覺(jué)伺服控制的關(guān)鍵技術(shù)載體。

圖源：昊艾智能（展商已授權(quán)）

2、工件識(shí)別與抓取

此外，在工件識(shí)別與抓取方面，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)同樣大顯身手。面對(duì)無(wú)序堆放的零件，傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確的抓取，而2D/3D視覺(jué)定位技術(shù)則能輕松應(yīng)對(duì)。通過(guò)2D視覺(jué)系統(tǒng)，機(jī)器人可以識(shí)別零件的形狀、顏色等特征，確定其在平面上的位置；3D視覺(jué)系統(tǒng)則進(jìn)一步獲取零件的空間坐標(biāo)和姿態(tài)信息，引導(dǎo)機(jī)器人準(zhǔn)確抓取零件。

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大幀科技——迅猛龍VR系列 VR-600B

迅猛龍VR系列VR-600B實(shí)現(xiàn)無(wú)序抓取的技術(shù)核心在于其結(jié)構(gòu)光3D視覺(jué)系統(tǒng)、高性能計(jì)算單元以及AI智能算法的深度融合。

基于灰度圖像、結(jié)合AI算法對(duì)包裹進(jìn)行分割

搭載NVIDIA CUDA核心，提供強(qiáng)勁的圖形運(yùn)算能力，支持實(shí)時(shí)處理大量的3D視覺(jué)數(shù)據(jù)和灰度圖像。搭配算法平臺(tái)Tridivision和深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練軟件TridiAI，集成550+個(gè)算子，支持深度學(xué)習(xí)和AI小樣本快速建模。這些平臺(tái)支持基于灰度圖像的AI分割模型，能夠分離復(fù)雜的物體形狀，減少識(shí)別和抓取錯(cuò)誤。

圖源：大幀科技（展商已授權(quán)）

3D點(diǎn)云和抓取姿態(tài)示意

利用結(jié)構(gòu)光相移技術(shù)和DLP投影技術(shù)獲取高精度的3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠確定物體在空間中的具體位置，為機(jī)器人提供準(zhǔn)確的抓取目標(biāo)。

圖源：大幀科技（展商已授權(quán)）

二、應(yīng)用場(chǎng)景: 質(zhì)量檢測(cè)

機(jī)器視覺(jué)在工業(yè)機(jī)器人質(zhì)量檢測(cè)環(huán)節(jié)中起到了核心賦能作用，通過(guò)模擬人類(lèi)視覺(jué)功能并結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)，顯著提升了檢測(cè)效率、精度和智能化水平。

1、缺陷檢測(cè)與分類(lèi)

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)通過(guò)攝像頭高精度捕捉產(chǎn)品圖像，結(jié)合深度學(xué)習(xí)與模式識(shí)別等先進(jìn)圖像處理算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)表面缺陷的微米級(jí)精準(zhǔn)檢測(cè)，可識(shí)別劃痕、裂紋、氣泡、色差等細(xì)微瑕疵，其檢測(cè)精度與效率遠(yuǎn)超人工檢測(cè)能力；同時(shí)系統(tǒng)能對(duì)缺陷進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)分類(lèi)（如按嚴(yán)重程度區(qū)分），生成結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以指導(dǎo)自動(dòng)化分揀或返工流程，顯著減少人工干預(yù)，構(gòu)建起從缺陷識(shí)別到智能分揀的完整質(zhì)量管控閉環(huán)。

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基恩士——全自動(dòng)掃描3D視覺(jué)系統(tǒng)LJ-S8000

LJ-S8000采用飛掃激光技術(shù)，具備3200 points/profile 的超高精度3D掃描能力，能夠迅速捕捉產(chǎn)品表面的微小特征。結(jié)合其微米級(jí)的垂直方向分辨率，系統(tǒng)能夠檢測(cè)出微米級(jí)的形變或表面粗糙度，滿(mǎn)足半導(dǎo)體、精密加工等嚴(yán)苛場(chǎng)景的需求。這種高精度檢測(cè)能力，使得LJ-S8000在精密零部件檢測(cè)中表現(xiàn)出色，如汽車(chē)齒輪、軸承、手機(jī)中框等高精度零件的尺寸測(cè)量和平面度、圓度、同軸度等參數(shù)的檢測(cè)，以及表面缺陷如劃痕、凹坑、毛刺的識(shí)別。

除了高精度檢測(cè)，LJ-S8000還具備多傳感器融合設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。它集合了3D激光輪廓儀的精度和相機(jī)的便捷，能夠同步獲取產(chǎn)品的高度、顏色、紋理信息，從而提升缺陷識(shí)別的準(zhǔn)確率。例如，在檢測(cè)過(guò)程中，系統(tǒng)能夠測(cè)量凹陷、劃痕等各種高度的外觀缺陷，為質(zhì)量控制提供更加全面的數(shù)據(jù)支持。

圖源：基恩士（展商已授權(quán)）

<物流機(jī)器人>

2025年中國(guó)物流機(jī)器人市場(chǎng)延續(xù)高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)突破200億元。其中，倉(cāng)儲(chǔ)物流機(jī)器人細(xì)分領(lǐng)域表現(xiàn)尤為突出，市場(chǎng)規(guī)模已突破1000億元，應(yīng)用場(chǎng)景覆蓋范圍較五年前擴(kuò)大3倍以上。（來(lái)源：央廣網(wǎng)）這一增長(zhǎng)主要得益于：

電商需求驅(qū)動(dòng)

預(yù)計(jì)2025年中國(guó)快遞業(yè)務(wù)量將達(dá)到1900億件，電商大促期間單日訂單峰值超10億件，物流機(jī)器人成為應(yīng)對(duì)爆發(fā)式需求的關(guān)鍵工具。

制造業(yè)升級(jí)

汽車(chē)、電子等行業(yè)的“燈塔工廠”對(duì)零部件配送誤差率要求低于0.01%，推動(dòng)AGV（自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)）和AMR（自主移動(dòng)機(jī)器人）滲透率提升至35%。

政策與資本加持

2024年國(guó)家發(fā)改委設(shè)立100億元智能制造專(zhuān)項(xiàng)基金，其中30%投向物流自動(dòng)化領(lǐng)域，加速技術(shù)國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。

一、應(yīng)用場(chǎng)景: 分揀與搬運(yùn)

機(jī)器視覺(jué)在物流機(jī)器人中扮演著“智能眼睛”和“決策大腦”的核心角色，尤其在分揀與搬運(yùn)過(guò)程中，通過(guò)高精度感知、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和動(dòng)態(tài)抓取能力，顯著提升了物流作業(yè)的效率、準(zhǔn)確性和靈活性。

1、條碼讀取

作用：快速識(shí)別包裹標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)分揀自動(dòng)化。

技術(shù)：高精度工業(yè)相機(jī)+OCR算法

挑戰(zhàn)：條碼污損、傾斜或遮擋時(shí)識(shí)別率下降

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研祥金碼——R-8000系列智能讀碼器

托盤(pán)貨物在倉(cāng)儲(chǔ)與物流過(guò)程中面臨雙重挑戰(zhàn)：一方面，貨物表面覆蓋的薄膜易產(chǎn)生反光，干擾條碼的正常讀�。涣硪环矫�，在運(yùn)輸途中，條碼容易遭受臟污和磨損，進(jìn)一步加劇了識(shí)別難度。這些問(wèn)題直接導(dǎo)致條碼讀取效率低下，嚴(yán)重影響入庫(kù)作業(yè)的整體效率。為解決這一難題，R-8000系列智能讀碼器應(yīng)運(yùn)而生。該讀碼器搭載了自主研發(fā)的1D、2D Ultra算法，具備強(qiáng)大的條碼識(shí)別能力，能夠高效、準(zhǔn)確地讀取貨物上的每一個(gè)條碼，即便是褶皺、破損或低對(duì)比度的難識(shí)別條碼也能輕松應(yīng)對(duì)，從而顯著提升入庫(kù)效率。

圖源：研祥金碼（展商已授權(quán)）

2、貨架位移檢測(cè)

作用：檢測(cè)貨架位置和傾斜角度，確保機(jī)器人安全操作。

技術(shù)：激光雷達(dá)+IMU（慣性測(cè)量單元）

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海伯森——面陣固態(tài)激光雷達(dá)

HPS-3D系列是最新一代基于ToF(Time-of-Flight飛行時(shí)間）原理的高性能面陣固態(tài)激光雷達(dá)傳感器，通過(guò)發(fā)射激光脈沖并測(cè)量其往返時(shí)間計(jì)算目標(biāo)距離。

（1）實(shí)時(shí)位置監(jiān)測(cè)

通過(guò)掃描貨架表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，結(jié)合空間坐標(biāo)算法，可實(shí)時(shí)定位貨架在倉(cāng)庫(kù)中的絕對(duì)位置。支持多機(jī)協(xié)同工作，覆蓋大面積倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)全局地圖構(gòu)建與動(dòng)態(tài)更新。

（2）傾斜角度計(jì)算

基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的空間分布特征，通過(guò)幾何算法（如最小二乘法擬合平面）計(jì)算貨架的傾斜角度。配合用戶(hù)自定義感興趣區(qū)域（ROI）功能，可聚焦關(guān)鍵區(qū)域（如貨架頂部、連接處）進(jìn)行高精度監(jiān)測(cè)。

（3）高分辨率與視場(chǎng)角

HPS-3D640型號(hào)分辨率達(dá)640×480，視場(chǎng)角覆蓋68°×55°，確保對(duì)貨架的全面掃描，減少盲區(qū)。

圖源：海伯森（展商已授權(quán)）

二、應(yīng)用場(chǎng)景: AGV/AMR導(dǎo)航

AGV（自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)）和AMR（自主移動(dòng)機(jī)器人）是倉(cāng)儲(chǔ)物流中的關(guān)鍵設(shè)備，負(fù)責(zé)貨物搬運(yùn)和路徑規(guī)劃。機(jī)器視覺(jué)在AGV和AMR導(dǎo)航中扮演關(guān)鍵角色，通過(guò)攝像頭、深度相機(jī)等視覺(jué)傳感器實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知、定位和路徑規(guī)劃。

1、視覺(jué)SLAM（同步定位與建圖）

視覺(jué)SLAM 主要依托相機(jī)來(lái)實(shí)時(shí)感知環(huán)境，構(gòu)建地圖并定位機(jī)器人位置。相較于其他方式，相機(jī)成本較低，能較為輕松地集成到各類(lèi)商品硬件上，同時(shí)獲取的圖像信息豐富多樣。正因如此，視覺(jué)SLAM 受到了廣泛關(guān)注。

優(yōu)勢(shì)：

（1）低成本：視覺(jué)傳感器價(jià)格遠(yuǎn)低于激光雷達(dá)。

（2）高靈活性：無(wú)需預(yù)先部署磁條或反光板，適合動(dòng)態(tài)環(huán)境。

（3）高擴(kuò)展性：可快速適應(yīng)倉(cāng)庫(kù)布局變化。

挑戰(zhàn)：對(duì)光照、環(huán)境復(fù)雜度敏感，需結(jié)合其他傳感器提升魯棒性。

【案例分享】

在物流與智能設(shè)備創(chuàng)新領(lǐng)域，相關(guān)企業(yè)正積極探索更具成本效益與廣泛適用性的導(dǎo)航技術(shù)方案。近期，極智嘉與英特爾攜手，共同推出了一種基于純視覺(jué)的導(dǎo)航解決方案。該方案突破傳統(tǒng)依賴(lài)激光雷達(dá)的模式，借助攝像頭與先進(jìn)AI算法的深度融合，讓設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)精準(zhǔn)捕捉周?chē)�環(huán)境特征，并快速構(gòu)建環(huán)境地圖，從而實(shí)現(xiàn)高精度導(dǎo)航。這種創(chuàng)新方式不僅降低了整體成本，還大大拓展了應(yīng)用場(chǎng)景的覆蓋范圍，為行業(yè)智能化發(fā)展帶來(lái)了新的思路與可能。（新聞來(lái)源：中國(guó)網(wǎng)）

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在機(jī)器人行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)取得了顯著成效，不僅推動(dòng)了工業(yè)自動(dòng)化的轉(zhuǎn)型升級(jí)，也滿(mǎn)足了物流行業(yè)爆發(fā)式增長(zhǎng)的需求。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用場(chǎng)景的持續(xù)拓展，機(jī)器視覺(jué)在機(jī)器人行業(yè)的應(yīng)用前景將更加廣闊。

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