當機器人也能看 – 額外的感官，帶來更佳的效能
當機器和機器人具備視覺能力，不但可提高運作效能，使用上也更具彈性。當相機與影像處理系統和機器人結合時，能帶來什麼樣的應用？要考量哪些因素？
機器人具備恆定的精確性和速度，能夠不眠不休執行最單調的作業，且時時具備絕對的可靠度。根據歐盟 EN 775 標準的定義，機器人是「自動化控制、可程式、多用途的處理設備，具備多個自由度」。由於機器人的能力，數十年來已成為多種工業領域中極為有用且經濟的解決方案。這就是機器人在全球日漸普及，採用率不斷增加的原因。根據國際機器人聯盟 (IFR) 推出的世界機器人報告，2018 年全球共交貨 422,000 台機器人，對應的銷售額是 165 億美元。雖然 IFR 預測 2019 年的成長幅度會維持 2018 年的紀錄，但自 2020 年到 2022 年實際的成長率高達每年 12%。新加坡是使用這類彈性處理設備的全球先鋒：2018 年的比例是每 10,000 名員工對 831 台機器人。德國擁有可敬的第三名地位，每 10,000 名員工對 338 台機器人。這項技術因此在高度自動化領域中扮演吃重角色，特別是在時薪高的國家，成為所有類型貨品經濟製造的必備要素。
利用視覺更上層樓
現代工業用機器人通常具備多個感測器，例如用以偵測已夾住的零件，或是當可能發生危險碰撞時立即停止動作。然而，傳統感測器獲取的資料，只能提供有限度的資訊。具備影像處理能力的系統具備明顯優點，可以用來擷取並評估更細微的細節。結合視覺能力並以經過評估的相機影響為基礎的機器人，擁有更佳的決策能力，可以彈性應對無法預期的狀況。在高速成長所謂「協作式機器人」(cobot) 領域中，這種能力更為重要。為了能與人類直接協力合作，這些協作式機器人設計上沒有保護罩，因此避免發生意外，對其人類同事造成任何傷害，就是第一優先。使用機器人可能也造成成本提高和閒置時間，例如機器人因動作不正確而損壞工件或其他自動化裝置。在此，相機系統也能提高整合了機器人的系統可靠度。
除了避免這些不應發生的情形外，「看得見的機器人」也帶來許多其他的好處：可帶來更具彈性的流程，因為經過評估的影像資料，可用以精確控制機器人的動作。即使像是從定義好的位置夾取元件這樣的簡單動作，如不使用影像處理技術，要是元件沒有精確送到機器人預定將其夾取起來的位置，也可能無法成功進行。在許多情況下，對具備影像系統的機器人系統來說，這根本不是問題：相機拍下位置不正確元件的影像，然後分析影像並計算出位置偏差量，再把校正過的 2D 或 3D 抓取座標傳送到機器人的控制系統。在流程限制的範圍內，這種方法可確保元件夾取的可靠性。拿起元件的終極挑戰就是所謂的「物件夾取」(bin picking)：要讓機器人抓取容器中未分類的某個零件，需要成熟的視覺系統。該系統負責偵測出下一個可以抓取的元件，並將其精確的 3D 位置規格等資訊，一同傳送給機器人。以目前的科技能力來說，許多情況下若不使用影像處理技術，就無法完成這類作業。
正確設定視覺系統非常重要。
對特定應用來說，哪種影像處理系統可以搭配機器人，取決於數個因素。其中一個重要因素是系統中相機的位置設定：可以將相機固定在機器人工作具上方 (「離臂」, off-arm），或是直接裝在機器人手臂上 (「臂上」, on-arm)。在第二種情況下，機器人的「視覺」非常接近其動作或抓手；但該動作要求的相機重量愈輕愈好，且需夠強固以承受加速度和振動固，且其電纜布線設計必須精良並適合該機器人。
在開發「可視」機器人之前，也必須先決定一個基本問題，就是傳統工業相機或所謂的智慧相機，哪一種比較適合該工作。在智慧相機中，取得的影像會在相機機身內直接進行分析，而工業用相機會把影像傳到電腦系統進行分析；這種方式相較於智慧相機，通常會有較高的影像處理精確度與速度。兩種架構各有利弊，因此像是需求的精度、處理速度和動作、工業環境類型、視覺系統必要的保護等級、機器人的負載能力、偏愛的通訊介面、其他影像條件等因素，一同決定了對特定應用來說最適合的影像處理系統解決方案。
然而，相機並非機器人視覺系統運用的唯一決定性成功要素。對任何影像處理系統來說，光源都是重要的因素。只有針對該工作進行最佳校調的光源，才能讓相機記錄到品質符合需求的影像，並進一步帶來可靠的分析結果。光學元件在影像擷取過程中也十分重要。在採用臂上架構的機器人視覺應用上，必須確保振動和加速度不會造成設定的變化，例如光圈。如果工作距離經常變化，自動對焦鏡頭將是有利的解決方案。尤其是在臂上應用方面，視覺系統的布線對整個系統的穩定性有很重要的影響：由於機器人不斷動作，應該使用特定線材甚至是能抗扭曲與彎曲的戰車鏈，以永保通訊功能正確無誤。
複雜的整合
除了幫「可視」機器人選擇最佳視覺硬體外，軟體也扮演重要角色，才能讓這類系統在經濟上獲得成功。一般來說，機器人、可能需要的抓手、相機，有時甚至連光源系統在內，都透過其專有控制方式運作。要整合所有的相關子系統，其程式語言與控制，以及確保所有階段的完善通訊，這些都需要複雜的設計。這類系統實作的總成本，很大一部分都取決於開發時程長短。因此，其決定因素就是複雜的工作，是否能以現有的軟體與相容的程式編寫工具，以最省力的方式來完成。
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