精准箱式拾取：利用手眼协调实现高级机器人自动化

箱式拾取——即从料箱中抓取随机姿态物体——是最常见的机器人任务之一，却也带来最大技术挑战。机器人需具备卓越视觉与机器人智能，才能定位料箱中每个零件、在不碰撞环境或其他零件前提下导航至目标、抓取并安全放置到另一位置且对齐。

机器人单元中安装3D视觉系统有两种方式，各有优势、适用不同应用：

A. 外部校准
B. 手眼校准

外部校准

外部校准用于扫描仪固定安装在机器人单元固定位置（通常在料箱上方）的配置。系统校准后扫描仪不得相对机器人移动，但无需相对机器人单元固定。

Photoneo提供五款PhoXi 3D Scanner（XS–XL），扫描体积从16厘米至4米不等。经验法则：箱式拾取应用所需空间越大——含机器人运动空间、料箱与零件尺寸等——需越大型号PhoXi 3D Scanner。

外部校准使用任意合适球体连接在机械臂末端或夹爪上。球体材质需适合扫描，即光滑、不太反光。

外部校准：3D扫描仪固定安装在固定位置。

手眼拾取

手眼校准允许将3D视觉系统直接安装在机械臂上。为成功校准，扫描仪必须安装在最后一个关节之后（如夹爪上）。校准后任何改变扫描仪位置都会使校准矩阵失效，必须重新执行整个校准流程。

手眼校准使用标记图案——一张带有Photoneo PhoXi 3D扫描仪可识别特殊图案的平纸（或其他材料）。

手眼校准：3D扫描仪安装在机械臂上。

手眼拾取的优势

手眼拾取相较传统配置提供多项优势。若您有大料箱且扫描仪固定安装在上方，无法用小型扫描仪扫描整个料箱。若将小型扫描仪直接安装在机械臂上，可让扫描仪更靠近料箱内容并选择扫描料箱哪个部分。

另一优势：若有两个料箱。固定位置安装的单个扫描仪无法扫描两个料箱——至少需要两个扫描仪。相比之下，安装在机械臂上的扫描仪将在两料箱间移动并从合适距离和角度扫描内容。因此能覆盖比外部校准更大区域。

手眼拾取还可消除遮暗房间的需求。窗外环境光可能对部署的3D视觉系统构成严重挑战，常需特殊努力遮暗整个房间。安装在机器人上的扫描仪可先从一侧扫描料箱，再从另一侧扫描，最大程度减少对环境特殊调整的需求。

还可能3D视觉系统本身在料箱上投下阴影，抑制高质量场景获取。通常通过妥协寻找扫描仪相对料箱最佳位置，或人工重排工件使视觉系统最终捕获所有工件。手眼拾取消除此问题，因扫描仪可从任意角度、任意位置“观察”场景。

同样，手眼方案是拾取靠近料箱壁的零件的最优解。料箱壁甚至工件本身可能投射阴影阻碍识别，将视觉系统安装在机械臂上可从合适角度接近拾取零件。

尽管手眼拾取相较外部校准提供诸多优势，但也公平地说：安装在机械臂上的扫描仪可能限制机器人运动。考虑此限制，建议选择更小扫描仪。PhotoneoPhoXi 3D Scanner家族中适用型号为XS、S、M、L，覆盖扫描范围16 cm至2 m。

另一重要事实：机器人扫描获取期间需保持静止，可能延长循环时间。因此，手眼方案不适合时间关键型应用。

若想自动化应用但不确定哪种箱式拾取方案最适合您的项目，请联系我们讨论。我们乐意协助。