Technische Anforderungen an Roboter für Kameras

Hohe Auflösung für vielseitige Aufgaben: Roboter erfüllen eine Vielzahl von Aufgaben, von der Präzisionsarbeit in der industriellen Fertigung bis zur Gesichtserkennung in Service-Szenarien, für die hochauflösende Kameras erforderlich sind. Bei industriellen Inspektionen sind hochauflösende Kameras können winzige Defekte auf Produktoberflächen wie winzige Kratzer auf elektronischen Chips und unvollständige Lötstellen deutlich erfassen und so die Produktqualität sicherstellen; in Szenarien zur Sicherheitsüberwachung können sie wichtige Informationen wie Gesichtszüge und Kennzeichen eindeutig identifizieren. Im Allgemeinen sollten Roboterkameras, die in Industrie- und Sicherheitsbereichen eingesetzt werden, eine Pixelanzahl von über 5 Millionen haben, wobei einige High-End-Anwendungen sogar 1 Million Pixel oder mehr erfordern, was einer Auflösung von 2592 × 1944 dpi oder höher entspricht, um die strengen Anforderungen zur Erfassung von Details zu erfüllen.

Verteilung und Bildqualität: Neben der Anzahl der Pixel hat auch die Gleichmäßigkeit der Pixelverteilung auf dem Bildsensor Einfluss auf die Bildqualität. Gleichmäßig verteilte Pixel können lokale Unschärfen oder Detailverluste in Bildern verhindern und sorgen so für eine gleichbleibende Klarheit über das gesamte Bild. So wird beispielsweise bei der Erfassung von Waren durch Logistikroboter sichergestellt, dass alle Teile der Ware klar abgebildet werden, ohne dass durch die Pixelverteilung Unschärfe entsteht, die die Erkennung der Wareninformationen beeinträchtigen könnte.

Hoch für komplexe Beleuchtung: Die Arbeitsumgebungen von Robotern weisen komplexe und wechselnde Lichtverhältnisse auf, und es können unterschiedliche Szenarien wie drinnen und draußen, Tag und Nacht, starkes und schwaches Licht auftreten. Kameras mit hoher Empfindlichkeit (ISO) können in Umgebungen mit wenig Licht ausreichend Licht einfangen und klare und rauscharme Bilder erzeugen. Beispielsweise können Sicherheitsroboter auf Nachtpatrouille hochempfindliche Kameras verwenden, um das Überwachungsbild klar zu machen und Bilder von verdächtigen Personen und Objekten präzise aufzunehmen. Im Allgemeinen sollte der ISO-Wert von Roboterkameras flexibel zwischen 100 und 6400 liegen, um sich an unterschiedliche Lichtverhältnisse anzupassen.

Großer Dynamikbereich zur Detailwahrnehmung: Der große Dynamikbereich (WDR) ermöglicht die Erfassung sowohl heller als auch dunkler Details im selben Bild. In industriellen Szenarien kann es sowohl hell beleuchtete Metallteile als auch dunklere Schattenbereiche geben. Kameras mit großem Dynamikbereich können die Textur und Details von Metallteilen deutlich sichtbar machen, und die Schattenbereiche werden nicht vollständig dunkel, wodurch wichtige Informationen verloren gehen. Wenn Sie beispielsweise den Metallprozess fotografieren, können Sie nicht nur den hellen Glanz von Hochtemperaturmetall darstellen, sondern auch die Konturen der umgebenden Werkzeuge und Geräte.

Schnell und Autofokus: Während sich Roboter bewegen, ändern sich Position und Entfernung des Aufnahmeziels ständig, sodass Kameras über schnelle Autofokusfunktionen verfügen müssen. Sie können die Fokussierung in kurzer Zeit (normalerweise innerhalb von 0,5 Sekunden) abschließen, das Ziel schnell fixieren und sicherstellen, dass die aufgenommenen Bilder klar sind. Wenn Serviceroboter beispielsweise mit Menschen in Positionen interagieren, können sie schnell auf Gesichter fokussieren, klare Gesichtsausdrücke und Bewegungen erfassen und eine bessere Mensch-Maschine-Interaktion erreichen.

Manuelle Fokussierung für spezielle Szenarien: Obwohl der Autofokus in einigen speziellen Szenarien praktisch ist, wie etwa bei Makroaufnahmen und wenn ein bestimmter Tiefenschärfeeffekt erforderlich ist, ermöglicht die manuelle Fokussierungsfunktion den Benutzern eine genauere Steuerung. Wenn beispielsweise Lehrroboter mikroskopische Versuchsproben erfassen, können die Bediener die Fokussierungsentfernung manuell anpassen, um die Details der Probe hervorzuheben und den Anforderungen von Lehre und wissenschaftlicher Forschung gerecht zu werden.

Optischer Verwacklungsschutz stabilisiert das Bild: Während der Bewegung des Roboters können durch Vibrationen verursachte Bildverschiebungen erkannt und ausgeglichen werden. Die optische Verwacklungsschutztechnologie integriert eine bewegliche Linsengruppe in das Objektiv und kann Bildverschiebungen durch Vibrationen in Echtzeit erkennen und ausgleichen. So werden verschwommene Bilder effektiv reduziert. Beim Aufnehmen von Waren während der Bewegung des Logistik-Handling-Roboters kann der optische Verwacklungsschutz die Bildstabilität gewährleisten und Fehler bei der Erkennung der Waren aufgrund von Vibrationen vermeiden.

Elektronischer Verwacklungsschutz ergänzt und verstärkt: Die elektronische Verwacklungsschutztechnologie analysiert und verarbeitet die vom Bildsensor erfassten Daten und verwendet Algorithmen, um durch Verwacklungen verursachte Bildverschiebungen zu korrigieren. Sie arbeitet in Verbindung mit dem optischen Verwacklungsschutz, um den Verwacklungsschutzeffekt der Kamera unter komplexen Bewegungsbedingungen weiter zu verbessern. Wenn beispielsweise Roboter im Außeneinsatz den starken Vibrationen durch unwegsames Gelände ausgesetzt sind, arbeiten der optische und der elektronische Verwacklungsschutz zusammen, um die Stabilität der aufgenommenen Bilder zu gewährleisten.

Hohe Bildfrequenz sorgt für flüssiges Video: Bei Videoaufnahmen mit Roboterkameras ist eine hohe Bildfrequenz entscheidend für flüssiges Video. Im Allgemeinen ist eine Bildfrequenz von mehr als 30 Bildern pro Sekunde erforderlich, um den Anforderungen alltäglicher Aufnahmen gerecht zu werden. Bei der Aufnahme schneller Szenen, wie z. B. dem Hochgeschwindigkeitsbetrieb von Industrierobotern und der Aufnahme der Bewegungen von Sportlern durch Serviceroboter bei Sportveranstaltungen, sollte die Bildfrequenz 60 oder sogar 120 Bilder pro Sekunde erreichen, um Bildausfälle effektiv zu reduzieren und das Video flüssiger und natürlicher zu machen.

Schnelle Serienaufnahmen halten Momente fest: Die schnelle Serienaufnahmefunktion kann in kurzer Zeit Fotos aufnehmen, sodass der Roboter keine wichtigen Momente verpasst. Bei der Sicherheitsüberwachung kann die Kamera bei Erkennung einer ungewöhnlichen Situation schnell aufnehmen, um den Entwicklungsprozess des Ereignisses aufzuzeichnen und umfangreiches Bildmaterial für spätere Untersuchungen bereitzustellen.

Das richtige Sichtfeld entspricht den Anforderungen: Anwendungsszenarien stellen unterschiedliche Anforderungen an das Sichtfeld der Kamera. Bei Servicerobotern für den Innenbereich wird normalerweise ein größeres Sichtfeld benötigt, um die Umgebung vollständig erfassen zu können. Ein Superweitwinkelobjektiv von 120° – 180° ist besser geeignet, da es einen größeren Bereich abdecken und Personen und Objekte schnell erfassen kann. Bei der industriellen Inspektion hingegen kann bei der Feinbeobachtung bestimmter Ziele ein kleineres Sichtfeld erforderlich sein, z. B. ein Objektiv mit mittlerer bis langer Brennweite von 30° – 60°, um das Ziel zu vergrößern und die Details hervorzuheben.

Geringe Verzerrung sorgt für Bildgenauigkeit: Linsenverzerrungen können zu Bildverzerrungen führen, die die genaue Beurteilung von Umgebungsinformationen durch den Roboter beeinträchtigen. Roboterkameras sollten Linsendesigns mit geringer Verzerrung verwenden, um die Verzerrungsrate auf einem niedrigen Niveau zu halten. Im Allgemeinen ist eine Verzerrungsrate von weniger als 1 % erforderlich. Wenn der Vermessungsroboter eine Karte zeichnet, kann eine Linse mit geringer Verzerrung die Genauigkeit der Messdaten sicherstellen und Fehler vermeiden, die durch Bildverzerrungen verursacht werden.

Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung: Die von der Roboterkamera aufgenommenen Bilder und Videos müssen in Echtzeit an das Steuerungssystem oder Speichergerät übertragen werden, was eine Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsfunktion erfordert. Normalerweise werden kabelgebundene oder kabellose Übertragungstechnologien wie USB 3. und höher, Wi-Fi 6 usw. verwendet, wobei die Übertragungsraten Mbit/s und mehr erreichen, um eine reibungslose Übertragung von Bildern und Videos mit reduzierter Latenz zu gewährleisten. Bei der Fernsteuerung des Roboters kann die Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung sicherstellen, dass die Bediener Echtzeitbilder vom Einsatzort erhalten und genaue Entscheidungen treffen können.

Unterstützung für Speicher mit großer Kapazität: Um eine große Menge erfasster Daten speichern zu können, muss die Roboterkamera Speichergeräte mit großer Kapazität unterstützen, z. B. SD-Karten, Solid-State-Laufwerke usw. Der Speicher sollte entsprechend den tatsächlichen Aufnahmeanforderungen bestimmt werden. Im Allgemeinen werden mindestens 16 GB empfohlen. Für langfristige, hochauflösende Aufnahmeaufgaben können Sie Speichergeräte mit großer Kapazität von 64 GB oder sogar 128 GB wählen, um den Anforderungen für Serienaufnahmen gerecht zu werden.

An die Belastung anpassen: Die Tragfähigkeit des Roboters ist begrenzt. Um die Bewegungsleistung und Ausdauer des Roboters nicht zu beeinträchtigen, muss die Kamera miniaturisiert und designt werden. Unter der Prämisse der Leistungssicherung sollten Volumen und Gewicht der Kamera so weit wie möglich reduziert werden. Im Allgemeinen beträgt das Gewicht von Roboterkameras für den Verbraucherbereich Dutzende bis Hunderte von Gramm. Bei Roboterkameras für den professionellen Einsatz wird das Gewicht ebenfalls streng kontrolliert, um sicherzustellen, dass es der Gesamtbelastung des Roboters entspricht.

Kompakte Struktur, einfache Installation: Das strukturelle Design der Kamera sollte kompakt und einfach an verschiedenen Positionen des Roboters zu installieren sein, ohne das Aussehen und die Bewegung des Roboters zu beeinträchtigen. Die Installation sollte solide und zuverlässig sein und während der Bewegung des Roboters stabil bleiben, um ein Lockern oder eine Beschädigung der Kamera durch Vibrationen oder Kollisionen zu vermeiden. Bei humanoiden Robotern beispielsweise werden Kameras normalerweise im Kopf installiert. Ihre kompakte Struktur und solide Installationsmethode gewährleisten sowohl visuelle Effekte als auch beeinträchtigen die Mobilität des Roboters nicht.

Staubdicht, wasserdicht und störungsfrei: In komplexen Umgebungen wie Industrie, Sicherheit und im Freien muss die Roboterkamera einen gewissen Staub- und Wasserschutz aufweisen und mindestens den IP54-Standard erfüllen, um zu verhindern, dass Staub ins Innere eindringt und die Bildqualität beeinträchtigt. Bei leichtem Spritzwasser funktioniert sie auch noch normal. Gleichzeitig sollte sie über eine gute Anti-Elektromagnetik-Störungs-Fähigkeit verfügen, um Störungen der Kamerafunktion durch umliegende elektronische Geräte zu vermeiden. In einer Fabrikwerkstatt beispielsweise erzeugen viele laufende mechanische Geräte elektromagnetische Störungen, und die Kamera muss in der Lage sein, ohne Beeinträchtigung zu arbeiten.

Großer Temperaturarbeitsbereich: Der Roboter kann in Umgebungen mit unterschiedlichen Temperaturen arbeiten. Der Arbeitstemperaturbereich der Kamera muss im Allgemeinen zwischen -2 °C und 50 °C liegen. Egal, ob es draußen im kalten Winter oder in heißen Innenräumen ist, kann sichergestellt werden, dass die Kamera normal funktioniert, ohne dass die Leistung aufgrund zu hoher oder zu niedriger Temperaturen nachlässt oder ausfällt. Bei Logistikrobotern, die in Kühlhäusern arbeiten, muss die Kamera in einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen normal funktionieren, um die Genauigkeit der Erkennung und des Betriebs sicherzustellen.