馬佳譽(yù)

摘要： 科技發(fā)展推動(dòng)了時(shí)代的變遷，機(jī)器人被大量生產(chǎn)出來(lái)，同時(shí)機(jī)器人的出現(xiàn)也在相當(dāng)大的程度上解放了很多領(lǐng)域的部分工作環(huán)節(jié)，相比較人工，機(jī)器人能夠完成的工作效率更高。但是機(jī)器人也存在自身的弊端那就是接受周?chē)盘?hào)的感官是不存在的不能根據(jù)外界信息的變化來(lái)調(diào)整自己的工作狀態(tài)和環(huán)節(jié)，使得在某些環(huán)節(jié)中，由工業(yè)機(jī)器人負(fù)責(zé)的工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和精度還得不到保障。所以將視覺(jué)系統(tǒng)安裝到工業(yè)機(jī)器人內(nèi)部，提高機(jī)器人對(duì)外界信息的感知能力和視覺(jué)能力，進(jìn)而提高機(jī)器人的實(shí)用性、靈活性是很有必要的。本文介紹了計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人的意義、系統(tǒng)的構(gòu)成和運(yùn)作的原理。通過(guò)將計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)安裝在工業(yè)機(jī)器人內(nèi)部，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的對(duì)物體的定位功能，繼而能夠完成識(shí)別、跟蹤、搬運(yùn)等一系列功能。

關(guān)鍵詞： 工業(yè)機(jī)器人;視覺(jué)系統(tǒng);定位

引言

計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研發(fā)是為了更好地為工業(yè)機(jī)器人服務(wù)，它的本質(zhì)是發(fā)揮攝像機(jī)定位以及跟蹤性功能，很多企業(yè)在自身生產(chǎn)環(huán)節(jié)依賴于機(jī)器人，生產(chǎn)效率明顯得到改善。然而很多機(jī)器人的工作模式是半自動(dòng)的，需要在人工操控的指引下才能完成工作任務(wù)，這使得機(jī)器人的實(shí)用性和適應(yīng)性較差，無(wú)法徹底解放人工，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。為了提高機(jī)器人接收外界信息、感知外界信息的能力，進(jìn)一步提高機(jī)器人的工作效率，保障工業(yè)生產(chǎn)的精度和質(zhì)量，在以往的機(jī)器人系統(tǒng)中新增全新的計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)，通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)捕捉的外界信息，對(duì)圖像進(jìn)行分析識(shí)別，繼而讓機(jī)器人能夠識(shí)別外界信息，然后再全面分析圖像的基礎(chǔ)上完成后續(xù)的重建和精準(zhǔn)化計(jì)算，通過(guò)一系列的重建以及精準(zhǔn)化的計(jì)算全面應(yīng)用機(jī)器人控制柜通訊等等設(shè)備，完成全面的掌控工作。實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)外界信息的跟蹤功能和定位功能。

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理

本文選取的研究對(duì)象是Motornan UP6工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，在以往的系統(tǒng)內(nèi)，再將計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)嵌入到工業(yè)機(jī)器人內(nèi)部，從而提高機(jī)器人識(shí)別外界信息的能力。此套視覺(jué)系統(tǒng)的組成部分包括了工控機(jī)、OK c一50圖像采集卡等外部設(shè)備。工學(xué)機(jī)器人的全系統(tǒng)包含了以往存在的原有系統(tǒng)以及新增的計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)。圖像采集系統(tǒng)能夠采集外界物體的信息圖像，接著會(huì)分三步對(duì)采集的圖像進(jìn)行處理、計(jì)算、變換和通信，繼而來(lái)給工控機(jī)下達(dá)指令，操縱工業(yè)機(jī)器人。

計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)的構(gòu)建

硬件的組成

如圖1。CCD攝像頭的像素用p表示，其具體參數(shù)如下：500（H）x582（V），N：510（H）x 492（v）。攝像機(jī)的成像器使用1‘33“CCD信噪>48dB，此外，CCD攝像頭的優(yōu)點(diǎn)眾多，在背景陰暗時(shí)，它會(huì)對(duì)背景進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)光，且具備自動(dòng)增益控制功能。

圖像采集卡：采集卡的構(gòu)成部件有CCD攝像頭以及與攝像頭配套使用的MV 200工業(yè)圖像處理。MV一200圖像采集卡的優(yōu)點(diǎn)是采集的圖像高清，分辨率好。其部件展示如下圖2：

MV一200圖像采集卡的穩(wěn)定性是非常不錯(cuò)的，其采集的圖像不僅像素高，質(zhì)量好，畫(huà)面效果也是非常順暢，完全不卡頓。該卡的硬件質(zhì)量也有所保障、地層函數(shù)也較為穩(wěn)定，即使在不友好的工作環(huán)境中，它依舊能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

MV一200圖像采集卡性能特點(diǎn)：該卡的分辨率是768 x 576，采用新型的視頻過(guò)濾技術(shù)，進(jìn)而保障了采集圖像的質(zhì)量，其顯示效果也是十分流暢。它支持的系統(tǒng)有Win98 / 2K / XP等多種系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用于人工智能領(lǐng)域、監(jiān)控領(lǐng)域、事物定位識(shí)別領(lǐng)域。

工控機(jī)：工控機(jī)一般選擇奔4系列。

軟件的組成

對(duì)于圖像信息完成詳細(xì)的分配，例如圖像處理軟件，圖像獲取軟件，定位軟件，算法軟件等等都是其中重要組成。

視覺(jué)系統(tǒng)的原理及流程圖

工業(yè)機(jī)器人的核心系統(tǒng)構(gòu)成有三個(gè)部分，第一部分為工業(yè)機(jī)器人本體;第二部分是機(jī)器人外部的硬件設(shè)備，這些硬件設(shè)備包括外部設(shè)備、控制器、執(zhí)行器等核心元件;第三部分就是計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)完成的任務(wù)有圖像的采集、圖像的處理和計(jì)算、圖像的分析和定位。通過(guò)Opencv的視覺(jué)庫(kù)進(jìn)行VC++.NET實(shí)行，流程如下圖表4所示：

本文的計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)在進(jìn)行工作時(shí)，第一步要借由攝像機(jī)進(jìn)行定標(biāo)，建立坐標(biāo)系統(tǒng)，定位攝像機(jī)的位置和攝像機(jī)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的位置。在定位流程展開(kāi)之時(shí)，首先要標(biāo)記基準(zhǔn)點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)一旦確定，攝像機(jī)在進(jìn)行圖像采集的時(shí)候，就能夠精準(zhǔn)地在攝像機(jī)的坐標(biāo)上標(biāo)注這些基準(zhǔn)點(diǎn)的位置。此外，就能夠處理并計(jì)算采集卡的圖像，具體得出基準(zhǔn)點(diǎn)圖像在坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)，最好使用定標(biāo)計(jì)算法，計(jì)算出攝像機(jī)的參數(shù)。

計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)運(yùn)完成圖片，數(shù)據(jù)，視頻等等靈活改變，將這些信息統(tǒng)一起來(lái)，存儲(chǔ)的格式選擇BN格式，計(jì)算機(jī)發(fā)揮C語(yǔ)言的功能，完成圖像調(diào)節(jié)，進(jìn)而對(duì)函數(shù)有效控制，

讓這些圖像信息在計(jì)算機(jī)上顯露出來(lái)，緊接著去除圖像內(nèi)含有的噪聲和其他干擾，對(duì)圖像進(jìn)行平滑處理，針對(duì)灰度閾值的圖像，使用二值化對(duì)其進(jìn)行處理。當(dāng)完成這些工作以后，接著就要找到與圖片相符的具體特質(zhì)，通過(guò)高度一致化的匹配完成圖像的采集，如果重疊度比較理想，那么就稱之為有效圖像，如果重疊效率不高，那么則需要發(fā)揮3D數(shù)據(jù)庫(kù)的功能，完成后期模型的優(yōu)化選擇，完成詳細(xì)的分析計(jì)算工作。

直至確定和圖像互相匹配的數(shù)據(jù)模型為止。整個(gè)操作流程如下圖5所示。

結(jié)語(yǔ)

概括來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)是為了提高工業(yè)機(jī)器人的工作效率，降低人工工作任務(wù)量，保障工業(yè)生產(chǎn)的精度和質(zhì)量，從而設(shè)計(jì)研發(fā)的，進(jìn)而完成對(duì)外界信息的識(shí)別、定位、跟蹤、搬運(yùn)、夾持等指令。

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