手動撿工件箱的工作繁瑣而緩慢，手動每碰一次零件，工資成本和受傷的可能性都會增加。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，并使過程完全自動化。這種方法使制造商能夠更好地利用熟練勞動力來完成更復(fù)雜的任務(wù)，并繼續(xù)優(yōu)化他們的運營。
雖然人類從工件箱中隨機挑選物品是一項簡單的工作，但這項工作實際上非常復(fù)雜，需要實現(xiàn)自動化。由于機器人揀箱需要各種形式的感知和決策，系統(tǒng)必須識別零件的位置和方向，知道箱子的位置，并計算和優(yōu)化三維軌跡以到達(dá)和提取箱子內(nèi)容。然后，在開始移動時，機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。
為了通過機器人實現(xiàn)有效的工件箱分類，三項關(guān)鍵技術(shù)發(fā)揮了作用：
三維機器人視覺
機器學(xué)習(xí)能力
計算機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(這對成功的自動箱柜揀選是必不可少的)，有必要理解2D機器人視覺的發(fā)展和應(yīng)用。早期的拾放系統(tǒng)使用2D視覺技術(shù)來識別X和Y平面上的零件?？刂破魇褂眠@些信息來訓(xùn)練機器人重復(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)機器人視覺系統(tǒng)，高度發(fā)達(dá)，相對便宜。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。輸送機零件傳送不需要支架來定位零件。物體可以隨機定向，機器人無需組織就能探測到。二維系統(tǒng)具有很少的移動部件，因此簡化了自動化單元的操作。
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。物品必須相對平坦，照明必須在組件和背景之間產(chǎn)生足夠的對比?？梢匀萑桃恍┲丿B，但是對象應(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位置在多個自由度上定位零件。由于這種能力，3D視覺可以更容易地對重疊的零件進(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，最佳的攝像機放置對于3D機器人視覺系統(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，放置在適當(dāng)位置的固定攝像機可以看到整個工作空間。機器人拿起零件，機器人處理完零件并返回后，處理器會花時間識別下一個零件的位置。機器人攜帶的相機的第二個選項也可以觀察廣闊的區(qū)域。定位機器人攝像機并拍照以確定其精確位置。這種安排比固定攝像機設(shè)置提供了更多的靈活性，但周期時間較長。第三種但不太常見的攝像機放置方法是在機器人本身上使用一個固定的攝像機。
除了攝像頭的位置，還有許多其他因素會影響機器人視覺系統(tǒng)保持有效識別可靠性的能力。例如，持續(xù)明亮的光源對于拾取操作至關(guān)重要。對于2D系統(tǒng)來說尤其如此，它受益于使用安裝在機器人上的光源來克服對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，也會影響識別的可靠性。
當(dāng)零件被一致識別時，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)簡化了自動化單元的整體操作，因為它最大限度地減少了完成取放操作所需的移動部件和步驟的數(shù)量。
除了選擇機器人視覺系統(tǒng)的硬件組件之外，還需要校準(zhǔn)來將攝像機圖像與機器人的坐標(biāo)定向運動系統(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，機器人學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)換成定位信息。校準(zhǔn)基本上將攝像機的位置和它看到的東西與機器人坐標(biāo)系聯(lián)系起來。
使用機器學(xué)習(xí)
結(jié)合有效的視覺和校準(zhǔn)，機器學(xué)習(xí)通過補充視覺系統(tǒng)理解和操縱有機部分(即形狀因示例而異的對象)形狀的能力，在優(yōu)化任務(wù)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。機器學(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”的機器人控制器，以低周期時間實現(xiàn)自動化。因為每個廠商都想縮短周期時間，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。為了以最大的速度和效率運行，機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，并由大量的計算資源支持。機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間。準(zhǔn)確的箱柜揀選依賴于設(shè)計良好的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有優(yōu)化視覺、學(xué)習(xí)和處理的能力。
