‍視覺技術

機器人視覺介面

將機器視覺整合至機器人應用

現代化介面可實現視覺系統與機器人控制單元之間的通訊。其中，3D 視覺在工業機器人領域中尤為關鍵。透過 REST API、ROS、OPC UA、gRPC 等介面，或是具備機器人控制軟體專用外掛程式的通用介面，可確保 3D 視覺系統與機器人之間穩定的資料傳輸，進而實現精確控制。

最後更新： 2025/10/15

3D 視覺在機器人領域的應用與優勢

機器視覺系統在機器人技術中執行的關鍵任務，遠遠超過單純的影像擷取。機器視覺系統可精確辨識物件、確定位置與方向，並帶來可靠的品質控制。使用 3D 視覺技術，可以高效率實現取放應用、檢測任務與彈性的自動化解決方案。

與傳統 2D 解決方案相比，3D 影像處理讓機器人具備決定性的優勢。由於能取得深度資訊，機器人不僅可以辨識物件的位置，還可以辨識物件的空間位置和方向。因此，即使在複雜或重疊的情況下，也能精確進行抓取。3D 視覺可支援空間中的可靠引導、安全避開障礙物，並且靈活地適應不斷變化的環境。因此，3D 視覺系統可大幅提升現代機器人應用的流程可靠性、效率和多功能性。

整合視覺系統的介面

選擇正確的介面，對於將機器視覺成功整合至機器人應用十分重要。除了標準化介面外，還有一系列製造商特定的外掛程式和橋接器可供使用。機器視覺系統和機器人控制器也可透過直接通訊通道進行有效合作。

本章概述

各種最為重要的介面、
經實際驗證可行的技術與通訊協定，
以及在選擇和實作時需特別注意的事項。

標準化介面

REST API

REST API (Representational State Transfer Application Programming Interface) 是一種廣泛用於整合機器視覺系統與機器人應用的介面。該介面可在影像處理元件與機器人控制器間進行標準化、與平台無關的資料交換。可以檢索影像資料、位置資訊或狀態訊息，並透過 HTTP 要求 將指令傳送至視覺系統。

REST API 的一大優勢在於其靈活性：可輕易整合至現有的 IT 基礎架構，並與多種程式語言相容。因此，電腦和可程式邏輯控制器 (PLC) 可以彼此通訊。通常透過現有的程式庫和工具來進行整合，因此可以減少開發所需投入的心力。

REST API 特別適用於需要在視覺系統與機器人之間進行可靠、結構化通訊的應用。典型的應用領域，包括傳輸取放坐標、擷取品質資料或控制影像擷取程序。使用開放式標準，可確保未來的相容性，並且更容易連接不同的機器人平台。

ROS 和 ROS 2

ROS（Robot Operating System）和 ROS 2 是專為機器人應用開發與整合而開發的開放式中介軟體平台。提供標準化通訊介面，可讓機器視覺系統與機器人控制器之間順暢連接運作。透過 ROS 和 ROS 2，可以有效地交換感測器資料、影像資訊和控制指令，並靈活地執行複雜的自動化任務。

由於機器人社群的廣泛支援，以及有眾多開放源碼套件可用，視覺元件可以快速整合，並實現個別的解決方案。ROS 和 ROS 2 具有高度的靈活性和可擴展性，尤其適用於研究和開發環境以及原型設計製作。

OPC UA

OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) 是一種獨立於製造商的工業自動化通訊標準，可讓機器視覺系統、機器人和其他自動化元件之間進行安全可靠的資料交換。OPC UA 支援複雜的資料結構、方法呼叫，並提供高度互通性，讓機器視覺解決方案可彈性整合至現有的生產環境中。

典型的應用領域包括即時傳輸流程資料、狀態資訊和控制指令，尤其是網路化的工業 4.0應用。Basler Stereo visard 3D 相機為 3D 視覺解決方案提供 OPC UA 介面。OPC UA 伺服器可透過授權更新啟用。

gRPC

gRPC 與其他標準化介面 (例如 REST API 或 OPC UA) 的不同之處，在於使用高效率的 HTTP/2 通訊協定，並使用通訊協定緩衝區來進行二進位資料傳輸。因此 gRPC 的通訊特別快速且省資源，特別適合需要高效率並傳輸大量資料的應用。

其優點為雙向串流和自動產生不同程式語言程式碼。但缺點是在工業環境中的普及率較低，而且與文字介面相比，故障排除較為複雜。

GenICam

GenICam 是用於統一控制和配置工業相機的標準，並非視覺系統和機器人控制器之間的直接通訊方式。該標準在整個產業的影像處理流程中受到廣泛運用，並有助於將不同型號的相機整合到視覺系統中。

GenICam 可直接存取影像和深度資料，是工業影像處理的重要產業標準。GenICam 和 gRPC 都是主要用於傳輸此影像資料的介面，因此特別適用於相機和評估系統之間的串流。

相較之下，REST API、OPC UA 或 ROS 等介面，主要用來與機器人控制器溝通分析結果與控制資料；通常只處理軟體模組本身的姿勢結果。

最重要標準化介面的比較

下表概述各個標準介面的最重要特性和應用領域，這些介面用於將機器視覺整合到工業環境中的機器人應用中。

介面	通訊協定 / 技術	典型使用案例	優點	缺點	產業應用普及性
REST API	HTTP、JSON/XML	一般系統整合、網頁應用、機器人技術	跨平台、普及度高、導入快速	無即時處理能力、以文字為基礎、延遲較高	高
ROS	TCP/IP、自訂協定	研究開發、原型設計、彈性機器人解決方案	擁有龐大社群、眾多開源套件、高度彈性	即時處理能力有限，較不適用於量產環境	Medium
ROS 2	DDS、UDP、TCP/IP	工業 4.0、現代機器人技術、即時應用	強化即時處理能力、具擴充性、適用於產業應用	設定較為複雜、仍在持續開發中	增加
OPC UA	TCP/IP、二進制、XML	工業自動化、製程通訊	與廠商無關、具高安全性、支援複雜資料傳輸	整合工作量較高、規格較為複雜	高
gRPC	HTTP/2、協定緩衝區	高效能、分散式系統、微服務架構、機器人技術	效能極高、雙向串流傳輸、支援自動程式碼產生	在產業中的使用較少，除錯流程較為複雜	低→提升中
GenICam	GenICam 標準、XML、各種協定 (例如 GigE Vision、USB3 Vision)	工業影像、相機控制、整合至視覺系統	與品牌無關的相機控制、高度彈性、便於整合各類相機	無法與機器人控制單元直接進行資料交換，主要用於相機設定與控制	在機器視覺中使用率極高

製造商特定的外掛程式與橋接器

URCap

URCap 是 Universal Robots 專門開發的外掛框架，用來擴充其機器人控制器的功能；可以整合額外的功能和週邊裝置，但為專屬設計，僅適用於 Universal Robots 的機器人平台，且不遵循任何開放、與製造商無關的標準。

URCap 可實現隨插即用安裝，並可輕鬆將視覺系統與 Universal Robots 搭配使用。該介面可在視覺系統與機器人控制器之間建立直接連線。可透過 PolyScope 指令延伸或網頁介面方便地進行設定。使用 URCap 的先決條件，是 CB 系列機器人使用 PolyScope 3.12.0 或更高版本，或 E 系列機器人使用 PolyScope 5.6.0 或更高版本。

URCap 可讓視覺系統隨插即用安裝，並輕鬆與 Universal Robot 搭配使用。

適用於 KUKA 的 EKIBridge

EKIBridge 是以 KUKA.Ethernet KRL Framework 為基礎的介面，可讓 KUKA 機器人控制器和外部系統（例如機器視覺解決方案）進行溝通。使用 EKIBridge 可透過乙太網路來可靠地交換資料和指令。

例如可直接從機器人程式中實作服務呼叫、狀態查詢或位置資料傳輸。EKIBridge 支援在 KUKA 機器人應用中，靈活且以應用為導向來整合影像處理系統。

EKIBridge 以 KUKA.Ethernet KRL 框架為基礎，可讓 KUKA 機器人控制器與外部系統 (例如機器視覺解決方案) 進行通訊。 — EKIBridge 以 KUKA.Ethernet KRL 框架為基礎，可讓 KUKA 機器人控制器與外部系統進行通訊。

GRI

通用機器人介面 (GRI) 是一個符合未來需求的多功能介面，與所有支援 TCP 通訊方式的機器人相容。常見的機器人品牌如 ABB、Fanuc、Techman 和 Yaskawa，都有相關的範例程式碼可用；如需更多範例，歡迎洽詢。

相較於 REST API 複雜的 HTTP 請求，GRI 依賴精簡的 TCP socket 通訊。可透過 Web GUI 將要求設定為簡單的工作 ID；回應則包含固定、靜態格式的擷取位置。這可讓實作所需投入的心力維持在最小程度，因為在機器人控制器上只需簡短的程式碼片段即可。許多機器人品牌都有現成可用的範本。

GRI 可直接在 Basler Stereo visard 上執行，因此不需要額外的硬體或使用者端應用程式。

最重要的製造商特定介面比較

本表概述各種機器人介面最重要的特性和應用領域，以便將機器視覺整合到工業環境中的機器人應用中。

介面	通訊協定 / 技術	典型使用案例	優點	缺點	產業應用普及性
URCap	專屬、PolyScope、TCP/IP	通用機器人、隨插即用的整合週邊設備	安裝簡便、可直接連接、設定直覺、文件齊全	僅適用於 Universal Robots，並依賴 PolyScope 版本	高（與 Universal Robots ）
EKI 橋接	KUKA.Ethernet KRL、TCP/IP	KUKA 機器人，整合外部系統 (例如視覺)	資料傳輸彈性高、整合深度高、用途多元	僅適用於 KUKA，需購買授權，需具備程式設計能力	高（與 KUKA ）
GRI	TCP 插口，專屬	支援 TCP 的機器人，例如 ABB、Fanuc、Techman、Yaskawa	相容多家品牌、腳本撰寫需求低、無需額外硬體、導入快速	回應格式固定，彈性較 API 低，客製化程度有限	增加

其他機器人製造商及其介面

製造商	介面/外掛程式	視覺整合	電腦通訊	即時處理能力	專屬
ABB	PC 介面 / RAPID Socket	✅	✅	❌	✅
Fanuc	Karel / Socket 訊息傳遞	✅	✅	❌	✅
Yaskawa	MotoPlus / MotoCOM	✅	✅	❌	✅
Stäubli	VAL3 TCP/IP 介面	✅	✅	❌	✅
Omron Techman	TMflow 外掛程式	✅	✅	❌	✅
Denso	B-CAP / ORiN	✅	✅	❌	✅
KUKA	RSI	✅	✅	✅	✅
Beckhoff	TwinCAT Vision 整合	✅	✅	✅	✅

視覺系統與機器人控制器的直接通訊

透過此類型的整合，例如將擷取位置、品質特性或狀態資訊等資料傳送至機器人控制器時無須繞道，可直接在機器人程式中處理。

透過擴充指令集或參數調整，可以高效執行抓取點動態轉移、控制測試序列，或是彈性適應生產條件變化等任務。直接整合可確保短反應時間和高製程可靠性。這為機器人的智慧型自動化開拓了新的可能性。

機器人控制器的指令集應加以擴充，以包含可與視覺系統進行順暢互動的特定指令。其中包括：

拾取位置的要求與接收：
機器人可向視覺系統要求特定的座標或抓取點，並將其用於取放任務。
傳送品質或檢測結果：
視覺系統可將檢測結果或狀態資訊直接傳送至機器人控制器，以觸發後續動作，例如退出故障零件。
啟動和停止影像處理序列：
機器人可根據目前的生產步驟，針對性地啟動或停止影像擷取或評估程序。
同步與觸發功能：
用於同步機器人移動和影像擷取的指令，例如用於線上檢測或在移動中抓取。

參數調整的影響，範例如下：

Runtime 參數：
調整視覺系統中的閾值、公差或濾鏡設定，以應對不同的產品變體或環境條件。
夾持策略和夾具參數：
根據視覺系統提供的物件資料，動態調整抓取力、速度或工具類型。
位置與路徑修正：
自影像處理結果來傳送修正值，以精確執行機器人的動作。

成功整合的秘訣

要成功將機器視覺整合至機器人應用中，必須仔細規劃並注意各項技術細節。以下提示將幫助您克服常見的挑戰，實作出高效、可靠的解決方案：

選擇最適合您的機器人平台和應用的所需介面 (例如 REST API、OPC UA、製造商特定的外掛程式)。
在專案初期檢查相機、視覺軟體和機器人控制器的相容性。
使用現有的範例程式碼和範本，進行快速且無錯誤的整合。
確認網路和通訊參數設定正確，以保證資料傳輸穩定。
預留足夠的時間來測試並驗證整體解決方案，尤其是複雜或安全關鍵的應用。
清楚記錄介面和流程，以利維護和擴充。

Martin Gramatke
Product Manager 3D Vision

真實案例與使用範例

實際案例將展示機器視覺系統在機器人的應用方式。典型的應用案例，例如分類、取放或品質控制，展示結合機器視覺和機器人技術的好處。以下使用案例說展示 Basler 相機和軟體解決方案如何實現高效、靈活、可靠的自動化解決方案。

立體視覺隨機取物實用案例
金屬物體對垃圾箱揀選提出了重大挑戰。為此，Euclid Labs Nak3D 立體圖像處理系統使用了兩個 ace 相機。
機械臂上的相機，適用於需求嚴苛的機器人應用
機械臂需要堅固耐用、具有即時功能且易於整合的相機。我們的 Basler Stereo visard 相機可以滿足這些需求，讓您得以實作複雜的機器人任務。
AI 支援的軟包裝夾取
即使是面對不同的包裝形狀和材料，機器人可以透過 AI 支援的 3D 夾取功能來進行處理最佳化。Stereo visard 相機和 ItemPickAI 軟體模組，能夠精確辨識物體並改善夾取策略。