کاربرد بینایی ماشین در رباتیک

بینایی ماشین یا دید خودکار با دریافت سیگنال‌های سازنده تصویر اشیاء از طریق حسگرهای رایانه‌ای یا دیگر ابزارهای پردازش سیگنال، امکان بینایی را در سامانه‌های هوشمند فراهم می‌آورد. به یاری بینایی ماشین همه امور وابسته به شناخت بصری قابلیت اجرای خودکار خواهد یافت. بینایی ماشین در رباتیک نیز نقشی عمده دارد؛ چرا که ربات‌ها جانشین انسان در اجرای امور محوله هستند و کاربرد بینایی ماشین نیز در جایی است که نیاز داریم ربات یا ماشین به جای انسان ببیند و بر اساس آن دیدن، دست به اقدام بزند. بینایی ماشین شاخه‌ای میان مهندسی و علم و شامل مهندسی مکانیک، مهندسی برق و دانش‌های رایانه‌ای است.

نقطه تلاقی بینایی ماشین و رباتیک طیف گسترده‌ای از علوم و صنایع مانند پزشکی، نجوم و فضانوردی، باستان‌شناسی، زمین‌شناسی، خودروسازی، الکترونیک و نیمه‌‌هادی‌ها، هواشناسی، شهرسازی، خدمات نظامی و امنیتی، کشاورزی، مواد غذایی و نوشیدنی، ترافیک جاده‌ای، وسایل نقلیه و سیستم‌های هوشمند حمل و نقل، بسته‌بندی، برچسب‌زنی و چاپ، علوم دارویی، توسعه علمی و پخش تلویزیونی و سینماست؛ زیرا در تمامی این زمینه‌ها می‌توان از بینایی ماشین و رباتیک بهره برد. در واقع رباتیک دریچه‌ای است که بینایی ماشین از راه آن به دانش‌ها و صنعت‌های گوناگون وارد می‌شود و هرجا که ربات مبتنی بر بینایی ماشین به کار رود شاهد کاربرد بینایی ماشین خواهیم بود.

ارتقای دقت و سیستم جهت‌یابی ربات با بینایی ماشین

با افزایش بهره‌برداری از ربات‌ها میزان استفاده از بینایی ماشین در رباتیک به شکلی تصاعدی فزونی یافته است. از آنجا که هدف بینایی ماشین، به‌عنوان شاخه‌ای از دانش و فناوری نوین که به بازسازی و تفسیر جهان سه‌بعدی از طریق پردازش تصاویر دوبعدی می‌پردازد، این است که رایانه‌ها و ربات‌ها را به کمک دوربین‌ها قادر به تماشای محیط اطراف بسازد، ربات‌ها برای شناخت بصری از محیط و جهت‌یابی نیازمند بینایی ماشین هستند.

مجهز شدن ربات‌ها به بینایی ماشین دقت بالاتر و جهت‌یابی بهتر را برای آنان به ارمغان می‌آورد و هرچه دقت و جهت‌یابی ربات‌ها بهتر باشد، درک آن‌ها از محیط پیرامون آسان‌تر خواهد بود. در نتیجه ربات‌های مجهز به بینایی ماشین با ارتقای سطح دقت و جهت‌یابی، در اجرای مأموریت‌ها و بررسی قطعات مورد نظر موفق‌تر عمل می‌کنند. ضمن اینکه جهت‌یابی دقیق باعث می‌شود ربات سریع‌تر در موقعیت مناسب قرار گیرد و وظایف پیچیده‌تر را با صرف وقت کمتری به انجام برساند. قابلیت جهت‌یابی به کمک بینایی ماشین دست اپراتورهای رباتیک را برای کنترل آسان‌تر ربات‌ها در محورهای حرکتی آن‌ها باز می‌گذارد.

قابلیت پردازش تصویر با استفاده از بینایی ماشین در ربات

برای یافتن درک درست از کاربرد بینایی ماشین در رباتیک، باید بدانیم که گام نخست در بینایی ماشین، تصویربرداری است. روال کار به این صورت است که سیستم مجهز به بینایی ماشین، مثلاً یک بازوی رباتیک، با ابزاری که معمولاً یک نوع دوربین است، از محیط عکس‌ برمی‌دارد. این دوربین ممکن است مستقل از واحد پردازش تصویر عمل کند یا اینکه در ترکیب با دوربین، حسگری هوشمند برای پردازش تصویر تشکیل شود. سپس مرحله پردازش تصاویر، به یاری الگوریتم‌های بینایی ماشین آغاز می‌شود و بعد از تحلیل تصاویر پردازش‌شده، در نهایت اشیای موجود در تصویر توسط سیستم درک می‌شود و تصمیم‌گیری درباره نحوه برخورد با آن اشیا انجام می‌پذیرد. هر سیستم بینایی ماشین مجهز به یک یا چند دوربین، مبدل آنالوگ به دیجیتال و جز آن متصل است و خروجی این سیستم برای پردازش تصویر به بخش کنترل رایانه یا ربات می‌رود.

با بهره‌گیری از بینایی ماشین در رباتیک، خود به خود قابلیت پردازش تصویر هم به ربات‌ها افزوده می‌گردد و کنترل کامل هر فرآیند میسر می‌شود. «شناسایی موقعیت» و «تشخیص و ردیابی حرکت» دو کاربرد مهم پردازش تصویر مبتنی بر بینایی ماشین در رباتیک است.

کنترل کیفی با ربات‌های مجهز به بینایی ماشین

از مواهب و موارد مهم کاربرد بینایی ماشین در رباتیک، این است که ربات‌های مجهز به بینایی ماشین، قدرت و دقت لازم برای کنترل کیفی را در خطوط تولید و کارخانه‌ها دارا خواهند بود. امروزه کنترل کیفی در مدیریت فرایندهای صنعتی کارخانه‌ها، امری بسیار حساس محسوب می‌شود. منظور از کنترل کیفی، نظارت و ارزیابی مداوم و هوشمند عملکرد کلیه سیستم‌ها و ماشین‌آلات است که به یمن حضور بینایی ماشین در رباتیک، مقدور شده است.

کاربرد اولیه‌ فناوری بینایی ماشین در رباتیک، بازرسی، مرتب‌سازی و راهنمایی رباتیک مبتنی بر تصویر است. به کمک بینایی ماشین ایجاد خطوطی هوشمند از ربات‌های مخصوص کنترل کیفی، برای بررسی و آنالیز خودکار قطعات در مسیر خط تولید میسر شده است. بدین ترتیب بر اساس کنترل کیفی قطعات در خطوط تولید مجزا، ربات‌های مجهز به بینایی ماشین در نهایت قادر به هدایت و کنترل کیفی کل خطوط تولید محصول کارخانه‌ها خواهند بود.

کنترل کیفی مبتنی بر کاربرد بینایی ماشین در رباتیک، مزایای قابل توجهی نسبت به کنترل کیفی انسانی یا کنترل کیفی بر اساس فناوری‌های دیگر دارد؛ به طور مثال هرچند می‌توان از اسکن با لیزر نیز برای تاباندن نور راه‌راه و مشخص کردن محصولات معیوب سود جست، در اکثر موارد بر اساس امکانات بینایی ماشین در رباتیک، یک دوربین روی ربات مخصوص کنترل کیفی نصب می‌شود یا از یک سیستم با دو دوربین استفاده می‌شود تا علاوه بر کنترل کیفی در شناخت محصولات معیوب، فعالیت‌های پیچیده‌تر بخش کنترل کیفی مانند مرتب کردن محصولات یا گذاشتن و برداشتن محصولات با کمک بازوهای رباتیک نیز با دقت و سرعتی بسیار بیشتر میسر شود.

در شمارِ مزایای کنترل کیفی مبتنی بر کاربرد بینایی ماشین در رباتیک، گذشته از دقت، سرعت و ساعات طولانی‌تر کار این ربات‌ها نسبت به انسان، باید از امکان استفاده در مکان‌هایی که انسان قادر به کار کردن در آن‌ها نیست نیز یاد کرد.

نقش حیاتی بینایی ماشین در ربات‌های پرنده

در بررسی کاربرد بینایی ماشین در رباتیک شایسته است به نقش حیاتی بینایی ماشین در ربات‌های پرنده، که استفاده از آن‌ها در سال‌های اخیر رشد چشمگیری داشته است، نیز اشاره شود.

هرچند بر اساس هدف رباتیک و بینایی ماشین، که جایگزین انسان کردنِ ربات‌ها با قابلیت دید و درک محیطی است، ربات‌ها را در هر موقعیت و برای هر منظوری می‌توان به کار گماشت، بهره‌گیری از آن‌ها در محیط‌های خطرناک و فرایندهای تولید دشوار یا مکان‌هایی که انسان قادر به ادامه حیات در آن‌ها نیست، ضرورت و اهمیت بیشتری دارد. یکی از این عرصه‌ها مربوط به ربات‌های پرنده است.

ربات‌های پرنده با قابلیت بینایی ماشین امروزه در هواپیماهای بدون سرنشین یا پهبادها مأموریت‌های نظامی و امنیتی را اجرا می‌کنند. با هلی‌شات‌ها به صنعت سینما و تصویربرداری کمک می‌کنند و در محصولاتی مانند درون‌های آمازون در حمل بار به کار گرفته می‌شوند و در تمامی این زمینه‌ها ربات‌های پرنده مجهز به بینایی ماشین، کارهایی را به انجام می‌رسانند که برای انسان خطرناک و دشوار یا حتی ناممکن است.

گذشته از برتری آشکاری که ربات‌های پرنده مجهز به بینایی ماشین نسبت به نیروی انسانی دارند، در مقایسه با ربات‌های زمینی نیز ربات‌های پرنده به علت قدرت مانور بالا و قابلیت خیره‌کننده در دستیابی به مناطق دور از دسترسِ ربات‌های زمینی، ارجحیت دارند و با کارایی بیشتر، ارزش بیشتری نیز پیدا کرده‌اند.

تا پیش از این یکی از چالش‌های بنیادی رباتیک در حوزه ربات‌های پرنده طریقه ناوبری این ربات‌ها شمرده می‌شد که بیشتر به ترکیبی از سامانه‌های رادیویی مانند جی‌پی‌اس (GPS) و حسگرهای اینرسی مثل آی‌ام‌یو (IMU) متکی بود و در هر یک از آن‌ها نیز خطاها، کاستی‌ها و محدودیت‌هایی برای ناوبری ربات‌های پرنده وجود داشت. به همین دلیل در حال حاضر برای افزایش اتکاپذیری و دقت سامانه‌های ناوبری ربات‌های پرنده از دوربین و روش‌های مبتنی بر بینایی ماشین استفاده می‌شود.

انواع کاربردهای هوش مصنوعی در صنایع مختلف را در هوشیو بخوانید