舒 勝，劉麗煥，趙寧波（北方民族大學(xué)，銀川 750021）

基于Webots的工業(yè)機(jī)器人分揀仿真

舒 勝，劉麗煥，趙寧波
（北方民族大學(xué)，銀川 750021）

針對工業(yè)機(jī)器人分揀目標(biāo)存在的問題，搭建一個基于Webots的工業(yè)機(jī)器人分揀系統(tǒng)平臺，對目標(biāo)進(jìn)行顏色和形狀的識別，由機(jī)器人完成分揀任務(wù)。結(jié)果表明，此方法可行。

Webots；工業(yè)機(jī)器人；分揀；圖像識別

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.003

1　概述

視覺系統(tǒng)因攝取信息量多，非接觸等特點，在工業(yè)生產(chǎn)中得到到了廣泛的應(yīng)用。Webots是一種優(yōu)秀的機(jī)器人模擬軟件，由瑞士聯(lián)邦技術(shù)研究所開發(fā)，可實現(xiàn)建模、編程、仿真，并支持五種開發(fā)語言［1］。目前已經(jīng)在全世界超過1028所大學(xué)及科研院所中使用，為全使用者節(jié)省了大量的開發(fā)時間。Webots開發(fā)環(huán)境界面由四個部分組成：場景樹、3D仿真界面，程序代碼界面和控制臺編譯界面。北京理工大學(xué)在Webots建立仿生六足機(jī)器人，通過仿真驗證機(jī)構(gòu)的合理性和運(yùn)動靈活性［2］。

針對工業(yè)機(jī)器人分揀目標(biāo)的問題，本文在Webots環(huán)境中，添加一個攝像機(jī)，搭建一個基于Webots的工業(yè)機(jī)器人分揀系統(tǒng)平臺，并進(jìn)行仿真。

2　分揀流程

如圖1所示是分揀流程圖。此分揀系統(tǒng)包括工業(yè)機(jī)器人、傳送帶、攝相機(jī)、工件放置槽等。

圖1　分揀流程

系統(tǒng)運(yùn)行后，工件在傳送帶以恒定的速度從右向左移動，當(dāng)運(yùn)行至光電傳感器位置時，觸發(fā)上方的攝像機(jī)進(jìn)行圖像采集，并發(fā)送給機(jī)器人控制器，通過顏色和形狀進(jìn)行識別，形狀的識別使用Hu不變矩，將圓形目標(biāo)物體就放置在工件槽中，將方形的目標(biāo)放置桌面上，由機(jī)器人完成分揀任務(wù)。

3　圖像識別

3.1顏色識別

圖像識別分顏色識別和形狀識別。顏色識別：逐行對圖像進(jìn)行掃描，獲取圖像每個像素點的顏色分量，將這些個分量都進(jìn)行分別求和，設(shè)定一個閥值，當(dāng)某一分量總值超過設(shè)定的閾值則判斷是相對應(yīng)的顏色。

3.2形狀識別

Hu不變矩主要能體現(xiàn)圖像幾何特征，具有平移、旋轉(zhuǎn)和尺度不變性。利用圖像的Hu不變矩描述圖像特征，可以識別常規(guī)幾個形狀。形狀識別：如圖2所示為Hu不變矩識別流程。通過攝像機(jī)采集圖像，先選取合適閾值將圖像二值化，然后計算圖像的7個不變矩，再計算待識別圖像與標(biāo)準(zhǔn)模板之間的歐式距離，當(dāng)歐式距離低于設(shè)定閾值，則認(rèn)為待識別目標(biāo)與模板是同一類形狀，反之，當(dāng)歐式距離高于設(shè)定閾值，則認(rèn)為待識別目標(biāo)與模板不是相同的形狀。

圖2　Hu不變矩識別流程

4　仿真環(huán)境搭建

Webots具有以下特點：（1）提供完整的傳感器與制動器資料庫，可模擬多種機(jī)器人；（2）使用與內(nèi)建編輯器，可建構(gòu)機(jī)器人模型；（3）采用資料庫，加入實際參數(shù)可精確模擬機(jī)器人物理行為；（4）其他功能可將仿真設(shè)計的控制程序移植到實際機(jī)器人上。在Webots控制器的Makefile文件件中加入Opencv2.4.2的庫路徑，用Opencv代碼進(jìn)行圖像處理。

在實驗前需要攝像機(jī)進(jìn)行建模，其步驟為在超級用戶中增加一個攝像機(jī)節(jié)點，在攝像機(jī)的子節(jié)點中增加一個形狀節(jié)點，在形狀節(jié)點里添加外觀和幾何形狀。調(diào)整好攝像機(jī)的視角，窗口大小設(shè)置為128×128。軟件中使用攝像機(jī)的步驟是：（1）指定攝像機(jī)的名稱；（2）根據(jù)設(shè)別標(biāo)號獲取到攝像機(jī)；（3）使能攝像機(jī)；（4）獲取最后捕捉的圖片；（5）啟動運(yùn)行，指定攝像機(jī)的顯示位置。

5　仿真實驗

實驗采用iprHD6M90二指機(jī)器人，模板是半徑為0.035m，圓細(xì)分?jǐn)?shù)為50的圓形工件，兩個待識別的目標(biāo)物體，一個是與模板同大小細(xì)分?jǐn)?shù)為12的圓形，和一個矩形。圓形與模板間的歐式距離為4.573e-0.05，矩形與模板的歐式距離為0.0268907。如圖3所示是分揀效果圖。（a）圖是識別出來與模板相同的圓形工件，通過機(jī)器手將目標(biāo)搬運(yùn)到放置槽上。（b）圖識別出來的目標(biāo)形狀不和模板相同，就不將其搬運(yùn)到放置槽里。實驗證明，此方法可行。

圖3　分揀效果

6　結(jié)束語

本文闡述了Webots特點，分析工件分揀主要流程及Hu矩形狀識別算法，在Webots仿真軟件環(huán)境下融入攝像機(jī)，編寫程序進(jìn)行運(yùn)動控制。仿真結(jié)果表明：此方法設(shè)計合理可行，為實現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域工件自動分揀奠定了基礎(chǔ)。

［1］趙小川等.基于Webots仿真軟件的仿生六足機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計與步態(tài)規(guī)劃［J］.仿真系統(tǒng)學(xué)報，2009，21（11）：3241-3246.