馬佳譽

【摘要】：現(xiàn)今，工業(yè)機器人被普遍應(yīng)用于各行各業(yè)中的經(jīng)營生產(chǎn)中，在從業(yè)人員的操控下，工業(yè)機器人能夠精確高效地完成許多任務(wù)。但是因為工業(yè)機器人沒有感知和接收周圍信息的感官，不能根據(jù)外界信息的變化來調(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)機器人負責的工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和精度還得不到保障。所以將視覺系統(tǒng)安裝到工業(yè)機器人內(nèi)部，提高機器人對外界信息的感知能力和視覺能力，進而提高機器人的實用性、靈活性是很有必要的。本文介紹了計算機視覺系統(tǒng)對機器人的意義、系統(tǒng)的構(gòu)成和運作的原理。通過將計算機視覺系統(tǒng)安裝在工業(yè)機器人內(nèi)部，從而實現(xiàn)機器人的對物體的定位功能，繼而能夠完成識別、跟蹤、搬運等一系列功能。

【關(guān)鍵詞】：工業(yè)機器人; 視覺系統(tǒng); 定位

引言

計算機視覺系統(tǒng)的設(shè)計和研發(fā)是為了更好地為工業(yè)機器人服務(wù)，它的本質(zhì)是一套利用攝像機視場實現(xiàn)物體定位和物體跟蹤的視覺系統(tǒng)。最近數(shù)年，機器人已經(jīng)被普遍應(yīng)用于企業(yè)的經(jīng)營生產(chǎn)，提高了企業(yè)生產(chǎn)的效率。然而很多機器人的工作模式是半自動的，需要在人工操控的指引下才能完成工作任務(wù)，這使得機器人的實用性和適應(yīng)性較差，無法徹底解放人工，實現(xiàn)自動化操作。為了提高機器人接收外界信息、感知外界信息的能力，進一步提高機器人的工作效率，保障工業(yè)生產(chǎn)的精度和質(zhì)量，在以往的機器人系統(tǒng)中新增全新的計算機視覺系統(tǒng)，通過視覺系統(tǒng)捕捉的外界信息，對圖像進行分析識別，繼而讓機器人能夠識別外界信息，接著對圖像進行三維重建和計算，使用№tocom32軟件和機器人控制柜通訊等設(shè)備，來操控工業(yè)機器人，實現(xiàn)機器人對外界信息的跟蹤功能和定位功能。

1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理

本文選取的研究對象是Motornan UP6工業(yè)機器人系統(tǒng)，在以往的系統(tǒng)內(nèi)，再將計算機視覺系統(tǒng)嵌入到工業(yè)機器人內(nèi)部，從而提高機器人識別外界信息的能力。此套視覺系統(tǒng)的組成部分包括了工控機、 OK c一50圖像采集卡等外部設(shè)備。工學機器人的全系統(tǒng)包含了以往存在的原有系統(tǒng)以及新增的計算機視覺系統(tǒng)。以往存在的系統(tǒng)由在YASNAC一 XIRC— UP6機器人控制柜、Motoman UP6工業(yè)機器人本體、示教編程器、M com32系統(tǒng)和一些其他的外部設(shè)備共同組成。計算機視覺系統(tǒng)的構(gòu)成部件包括了Panasonic CCTV攝像機、AVENIR TV鏡頭、OK系列C00圖像采集卡、工控機、AVENIR TV鏡頭、Panasonic CCD 攝像機、OK系列等。圖像采集系統(tǒng)能夠采集外界物體的信息圖像，接著會分三步對采集的圖像進行處理、計算、變換和通信，繼而來給工控機下達指令，操縱工業(yè)機器人。

2計算機視覺系統(tǒng)的構(gòu)建

2.1硬件的組成

CCD攝像頭：選用的CCD攝像機采用PAP一v C810AOZ型彩色攝像頭，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）。攝像機的成像器使用1 ' 33 " CCD'信噪>48 dB，此外，CCD攝像頭的優(yōu)點眾多，在背景陰暗時，它會對背景進行自動補光，且具備自動增益控制功能。

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)定性是非常不錯的，其采集的圖像不僅像素高，質(zhì)量好，畫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)定運行。

MV一200圖像采集卡性能特點：該卡的分辨率是768 x 576，采用新型的視頻過濾技術(shù)，進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、事物定位識別領(lǐng)域。

工控機：工控機一般選擇奔4系列。

2.2軟件的組成

圖像匹配軟件：主要有圖像處理軟件和圖像獲取軟件，圖像定位軟件以及定位算法軟件等多種軟件組成。計算機視覺系統(tǒng)軟件功能模塊圖如下圖3所示：

3視覺系統(tǒng)的原理及流程圖

工業(yè)機器人的核心系統(tǒng)構(gòu)成有三個部分，第一部分為工業(yè)機器人本體;第二部分是機器人外部的硬件設(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;第三部分就是計算機視覺系統(tǒng)，該系統(tǒng)完成的任務(wù)有圖像的采集、圖像的處理和計算、圖像的分析和定位。通過Opencv的視覺庫進行VC++. NET實行，流程如下圖表4所示：

本文的計算機視覺系統(tǒng)在進行工作時，第一步要借由攝像機進行定標，建立坐標系統(tǒng)，定位攝像機的位置和攝像機對應(yīng)點的位置。在定位流程展開之時，首先要標記基準點，基準點一旦確定，攝像機在進行圖像采集的時候，就能夠精準地在攝像機的坐標上標注這些基準點的位置。此外，就能夠處理并計算采集卡的圖像，具體得出基準點圖像在坐標系中的位置坐標，最好使用定標計算法，計算出攝像機的參數(shù)。

在計算機視覺系統(tǒng)的工作過程中，一方面，計算機利用C語言的調(diào)節(jié)圖像采集卡來控制函數(shù)，另一方面計算機會將攝像機采集的圖片、數(shù)據(jù)、視頻進行變換，然后將這些信息資料以BN伊格式存儲，接著對其進行處理計算，讓這些圖像信息在計算機上顯露出來，緊接著去除圖像內(nèi)含有的噪聲和其他干擾，對圖像進行平滑處理，針對灰度閾值的圖像，使用二值化對其進行處理。當完成這些工作以后，接著就要找到圖像的匹配特征，來匹配采集的圖像。如果兩個圖像重疊程度較好，就表示獲得了有效的圖像;假如兩個圖像的重疊效果較差，就需要構(gòu)建3D數(shù)據(jù)庫，重新選擇模型，并對模型進行分析、計算、投影、坐標變換等一系列處理，直至確定和圖像互相匹配的數(shù)據(jù)模型為止。整個操作流程如下圖5所示：

4結(jié)語

概括來說，計算機視覺系統(tǒng)是為了提高工業(yè)機器人的工作效率，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)計研發(fā)的。利用3D數(shù)據(jù)模型指定目標，工業(yè)機器人能夠借由計算機視覺系統(tǒng)采集的圖像來判斷識別外界的信息，進而完成對外界信息的識別、定位、跟蹤、搬運、夾持等指令。

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