張鈺玲 盧丹萍

（廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧5300226）

就工業(yè)機(jī)器人的工作內(nèi)容來看，大多工作內(nèi)容包含了搬運(yùn)、分揀這些基本工作。并且，無論是應(yīng)用在哪一行業(yè)的機(jī)器人，通常都會(huì)涉及到搬運(yùn)及分揀工作。而進(jìn)行搬運(yùn)、分揀等工作就需要依靠視覺來進(jìn)行分辨，即機(jī)器視覺。就機(jī)器視覺來思考則需要將其分為兩種情況進(jìn)行分析。首先是相機(jī)靜止- 目標(biāo)靜止?fàn)顟B(tài)，其次是相機(jī)靜止- 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)機(jī)器視覺在定位中出現(xiàn)不準(zhǔn)確的情況時(shí)則會(huì)導(dǎo)致搬運(yùn)及分揀工作都受到影響，甚至于無法完成工作。在機(jī)器人分揀技術(shù)中，機(jī)器視覺的建立是其分揀工作順利完成的基礎(chǔ)，就機(jī)器人機(jī)器視覺進(jìn)行研究，能夠幫助機(jī)器人順利迅速完成工作的同時(shí)，提升了工作的效率，推動(dòng)了各行業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，本文針對(duì)機(jī)器人的機(jī)器視覺進(jìn)行機(jī)器人的分揀工作系統(tǒng)建立進(jìn)行研究，并在機(jī)器人的工作中如何展開分揀技術(shù)應(yīng)用做出了相應(yīng)的論述。

1 國(guó)內(nèi)關(guān)于機(jī)器人分揀系統(tǒng)的研究

就目前我國(guó)在機(jī)器人領(lǐng)域的研究形式來看，我國(guó)已然研究出了多種類型的機(jī)器人。然而，就機(jī)器人的整體研究仍舊處于初級(jí)階段。針對(duì)機(jī)器人的機(jī)器視覺的研究也沒有真正研究出來[1]。在此方面的研究，我國(guó)大多是建立于他國(guó)的研究基礎(chǔ)上展開的二次研究。關(guān)于機(jī)器人的分揀系統(tǒng)建設(shè)，國(guó)內(nèi)的研究人員也提出了一些可行的算法。例如，貝葉斯估計(jì)跟蹤法以及目標(biāo)識(shí)別法等。這些算法的提出則在一定程度上能夠輔助機(jī)器人的搬運(yùn)、分揀工作的進(jìn)行，保證機(jī)器人能夠準(zhǔn)確順利完成任務(wù)。在算法的輔助下，機(jī)器人分揀工作的展開將更加順利，精準(zhǔn)。

2 基于機(jī)器人視覺下的機(jī)器人分揀系統(tǒng)的構(gòu)建

在機(jī)器人基于機(jī)器視覺進(jìn)行分揀系統(tǒng)建設(shè)的過程中，需要根據(jù)分揀機(jī)器人的特點(diǎn)進(jìn)行分析。在研究中應(yīng)建立系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)針對(duì)貨物的兩種狀態(tài)進(jìn)行建立，即相機(jī)靜止- 目標(biāo)靜止?fàn)顟B(tài)以及相機(jī)靜止- 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。針對(duì)這兩種狀態(tài)進(jìn)行機(jī)器人機(jī)器視覺的運(yùn)行進(jìn)行詳細(xì)的論述，進(jìn)而幫助分揀機(jī)器人準(zhǔn)確順利完成分揀工作。

2.1 機(jī)器人分揀系統(tǒng)的構(gòu)成

在實(shí)驗(yàn)室中的機(jī)器人分揀系統(tǒng)的構(gòu)建組成中由四個(gè)部分組成，即相機(jī)標(biāo)定、圖像處理、模式識(shí)別以及機(jī)器人控制四個(gè)部分，該四個(gè)部分缺一不可[2]。在相機(jī)標(biāo)定部分，利用圖像坐標(biāo)技術(shù)與機(jī)器人的坐標(biāo)系進(jìn)行聯(lián)系，將二者之間的關(guān)系聯(lián)系起來，獲取物品的位置。在圖像處理部分則是集中于對(duì)相機(jī)所拍攝到的畫面進(jìn)行處理的功能，例如，圖像中的某些特殊畫面、特殊標(biāo)記等。將這些標(biāo)記與機(jī)器人的坐標(biāo)系進(jìn)行聯(lián)系，做出對(duì)圖像的預(yù)處理工作。模式識(shí)別則是在圖像處理的基礎(chǔ)上針對(duì)圖像以及圖像中聯(lián)通的部分進(jìn)行識(shí)別、分類的部分。機(jī)器人控制則是整個(gè)工作中的最后一步，也是十分重要的一步。在機(jī)器人控制階段，其控制方法在于計(jì)算機(jī)與機(jī)器人之間的聯(lián)系，通過二者之間建立起來的連接通信，在計(jì)算機(jī)程序的操控下進(jìn)行機(jī)器人的控制，指揮機(jī)器人完成各種動(dòng)作。該四個(gè)部分的緊密聯(lián)系，將機(jī)器人分揀工作完成。在機(jī)器人的參與下，企業(yè)的人力支出費(fèi)用也隨之大大降低。與此同時(shí)，機(jī)器人分揀技術(shù)的應(yīng)用提升企業(yè)的工作效率為企業(yè)增收，做出了一定的貢獻(xiàn)。

2.2 機(jī)器人分揀技術(shù)分析

在機(jī)器人分揀系統(tǒng)的研究中，其整體系統(tǒng)運(yùn)行的過程也是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)分揀的過程，即機(jī)器人分揀技術(shù)。將這四個(gè)聯(lián)系起來才能夠?qū)C(jī)器人進(jìn)行操控，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人分揀。

2.2.1 相機(jī)標(biāo)定。相機(jī)標(biāo)定在整個(gè)機(jī)器人分揀技術(shù)中是首要步驟，同時(shí)也是機(jī)器視覺的基礎(chǔ)部分。假如相機(jī)標(biāo)定缺失，機(jī)器人的機(jī)器視覺也無法實(shí)現(xiàn)。在機(jī)器人分揀技術(shù)中，相機(jī)標(biāo)定的作用就是對(duì)物體的圖像進(jìn)行坐標(biāo)系建立并根據(jù)空間位置坐標(biāo)系進(jìn)行聯(lián)系，建立起二者的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在相機(jī)標(biāo)定作用下，機(jī)器人分揀系統(tǒng)能夠在相應(yīng)的分析下準(zhǔn)確判斷出物品在機(jī)器人坐標(biāo)系中的位置，進(jìn)而下一步抓取物品做好相應(yīng)的準(zhǔn)備。二者若是不能建立起相應(yīng)的坐標(biāo)系聯(lián)系，則在機(jī)器人的物品抓取將會(huì)出現(xiàn)混亂，導(dǎo)致物品抓取的失敗。

2.2.2 目標(biāo)識(shí)別。目標(biāo)識(shí)別就是想圖像中物品的特征按照需要抓取出來，即目標(biāo)的提取或者稱之為圖像分割。在基本定位中，將圖像中一些特征，或其中感興趣的部分提取出來。目標(biāo)提取的方法有多種形式，如：邊緣檢測(cè)法、區(qū)域提取法以及閥值分割法等[3]。將目標(biāo)提取出來后進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別，對(duì)物品的具體特征進(jìn)行分析并進(jìn)行歸類。

2.2.3 傳送帶上的目標(biāo)分揀。（1）運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)就需要機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)的物品在場(chǎng)景圖像中提取出來。本文針對(duì)靜態(tài)背景下的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的機(jī)器人分揀技術(shù)的研究，針對(duì)此場(chǎng)景中的機(jī)器人分揀中，目標(biāo)識(shí)別則可以通過三種方式進(jìn)行解決，即光流法、幀間差分法、背景差分法。在此三種識(shí)別方法中可以輕松完成動(dòng)態(tài)背景下的目標(biāo)檢測(cè)，幫助機(jī)器人完成運(yùn)動(dòng)物品的識(shí)別工作。（2）墊圈模板的建立與識(shí)別。在進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別時(shí)先拍攝一張沒有墊圈的物品場(chǎng)景圖片作為背景，采用背景差分法對(duì)物品進(jìn)行目標(biāo)提取，并進(jìn)行聯(lián)通標(biāo)記處理。在此過程完成后，將目標(biāo)的中心點(diǎn)為中心，提取出一個(gè)80×80 的二值圖像當(dāng)做模板。利用墊圈中心對(duì)稱的原理進(jìn)行標(biāo)記，并將模板中墊圈以外的圖像像素進(jìn)行標(biāo)記，計(jì)作+1，墊圈上的圖像像素則標(biāo)記為0，墊圈內(nèi)的圖像像素則標(biāo)記為-1。通過不同標(biāo)記，也就是背景差分法進(jìn)行物品圖像的提取。將物品做好標(biāo)記后，根據(jù)不同的特征進(jìn)行物品識(shí)別，在此過程中完成對(duì)物品圖像的提取工作，識(shí)別物品位置。（3）運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤。對(duì)于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤記錄則可以采用多目標(biāo)跟蹤法進(jìn)行。在具體的操作中就是，對(duì)提取到的圖像序列進(jìn)行逐幀分析。在每一幀的圖像中將運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)出來，并判斷這每一幀圖像中的需要進(jìn)行識(shí)別的像素的類別，進(jìn)而在建立起目標(biāo)鏈。并且，在后續(xù)的每一幀圖像中不斷進(jìn)行定位、識(shí)別，建立目標(biāo)鏈，再建立起相同物品的運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)目標(biāo)物品做出具體的判斷。在物品判斷的過程中，物品圖像的坐標(biāo)系建立與機(jī)器人的坐標(biāo)系建立存在著一定的聯(lián)系，進(jìn)而在分揀工作中做好物品位置的對(duì)應(yīng)工作。在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤中還應(yīng)當(dāng)同時(shí)建立起相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)模型，以方便后期的機(jī)器人分揀工作作參考。在運(yùn)動(dòng)模型的建立下，機(jī)器人可以根據(jù)模型進(jìn)行簡(jiǎn)單、迅速的判斷進(jìn)而簡(jiǎn)化了機(jī)器人的工作，提升了工作的效率。

2.2.4 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制。在機(jī)器人控制系統(tǒng)的建立中包含了軟件開發(fā)包。機(jī)器人的軟件開發(fā)包中包含了對(duì)機(jī)器人的控制柜和計(jì)算機(jī)的通信、機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)基本指令以及數(shù)據(jù)文件交換等功能[4]。在控制平臺(tái)的研發(fā)中，將機(jī)器人控制平臺(tái)的運(yùn)行模式進(jìn)行處理，并建立起相應(yīng)的庫(kù)函數(shù)。在相應(yīng)的接口處向控制柜發(fā)出指令，進(jìn)一步完成控制柜對(duì)機(jī)器人的控制工作，使機(jī)器人完成相應(yīng)的工作。

就機(jī)器人的庫(kù)函數(shù)調(diào)用問題，應(yīng)當(dāng)在相應(yīng)的環(huán)境進(jìn)行調(diào)用，保證機(jī)器人能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 結(jié)論

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，機(jī)器人已然進(jìn)入到各行各業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)中，如：食品加工業(yè)、汽車業(yè)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等。在這些工作領(lǐng)域中，也都針對(duì)工作需要研制出了相應(yīng)的機(jī)器人技術(shù)。在生產(chǎn)工作中，有了機(jī)器人的幫助，在極大程度上提高了行業(yè)的生產(chǎn)效率，進(jìn)而促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在各行各業(yè)的發(fā)展中，機(jī)器人分揀工作也是最為基礎(chǔ)的工作。但是，在此工作的過程中，仍舊會(huì)出現(xiàn)機(jī)器人定位不準(zhǔn)確或無法識(shí)別等問題。因此，針對(duì)機(jī)器人分揀技術(shù)進(jìn)行研究及分析仍舊需要廣大工作者繼續(xù)下去。將其中的問題挖掘出來并提出相應(yīng)的解決辦法，進(jìn)而保證機(jī)器人分揀技術(shù)的準(zhǔn)確性，減少誤抓、錯(cuò)抓的情況出現(xiàn)。并且，針對(duì)機(jī)器人分揀技術(shù)的研究，也是推動(dòng)機(jī)器人研究的補(bǔ)個(gè)部分，為機(jī)器人研究視野做出了一定的貢獻(xiàn)。