基于機(jī)器視覺的工業(yè)機(jī)器人分揀技術(shù)研究

牟海榮

摘 要：機(jī)器人分揀技術(shù)一直受到業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。為探討該技術(shù)的特性，文章基于機(jī)器視覺搭建一個(gè)工業(yè)機(jī)器人分揀技術(shù)平臺，并將其做而已實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，著重探討了機(jī)器人在相機(jī)靜止-目標(biāo)自靜止，相機(jī)靜止-目標(biāo)運(yùn)動兩種情況下的分揀技術(shù)特點(diǎn)，得出相關(guān)結(jié)論，供同行參考借鑒。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺；工業(yè)機(jī)器人；分揀技術(shù)；分析和研究

對機(jī)器人工作進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)搬運(yùn)、分揀是所有工作的基礎(chǔ)，無論機(jī)器人應(yīng)用于哪一行業(yè)，都會涉及到搬運(yùn)和分揀工作。考慮到機(jī)器人的搬運(yùn)、分揀工作實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)是機(jī)器視覺，而機(jī)器視覺又分為兩種情況，即相機(jī)靜止-目標(biāo)靜止，相機(jī)靜止-目標(biāo)運(yùn)動，一旦機(jī)器視覺定位不當(dāng)，分揀工作就會受到影響，甚至于無法完成。為此，文章在機(jī)器視覺基礎(chǔ)上搭建一個(gè)在機(jī)器人分揀實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對機(jī)器人工作中應(yīng)用到的分揀技術(shù)作詳細(xì)論述。

1 國內(nèi)關(guān)于機(jī)器人分揀系統(tǒng)的研究

盡管我國已經(jīng)研發(fā)研制出了多種類、多造型的機(jī)器人，但整體研究工作目前還處于初級階段，所以真正意義上的國產(chǎn)視覺機(jī)器人尚未研發(fā)出，更多的是在國外研究基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)、二次開發(fā)。關(guān)于視覺機(jī)器人分揀系統(tǒng)，國內(nèi)研究人士提出了幾種可行的算法，如連通域矩特征提取法；貝葉斯估計(jì)跟蹤算法；目標(biāo)識別法等等。這些算法都能在一定程度上對機(jī)器人分揀動作進(jìn)行輔助，確保機(jī)器人分揀動作的順利完成，防止錯抓。

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

為了探討機(jī)器人分揀技術(shù)的特點(diǎn)，文章現(xiàn)以MOTOMAN-UP6機(jī)器人為例，基于機(jī)器人視覺構(gòu)建一個(gè)機(jī)器人分揀系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)在相機(jī)靜止-目標(biāo)靜止，相機(jī)靜止-目標(biāo)運(yùn)動兩種情況下的運(yùn)行情況做詳細(xì)論述。

2.1 機(jī)器人分揀系統(tǒng)的構(gòu)成

實(shí)驗(yàn)中所構(gòu)建的機(jī)器人分揀系統(tǒng)由四個(gè)部分構(gòu)成，分別為相機(jī)標(biāo)定、圖像處理、模式識別以及機(jī)器人控制，四個(gè)部分缺一不可。相機(jī)標(biāo)定的作用是為系統(tǒng)建立一個(gè)圖像坐標(biāo)系與機(jī)器人坐標(biāo)系，并以此來研究二者之間的關(guān)系；圖像處理的作用是對相機(jī)拍攝到的外界圖像進(jìn)行預(yù)處理，提取圖像中的某些特征，并根據(jù)這些特征來確定出聯(lián)通成分的中心坐標(biāo)；模式識別需以圖像作基礎(chǔ)，對圖像及圖像中的聯(lián)通成分進(jìn)行識別、分類；機(jī)器人控制是最后步驟，控制的實(shí)現(xiàn)方法是在計(jì)算機(jī)和機(jī)器人之間建立一個(gè)連接通信，利用計(jì)算機(jī)程序來對機(jī)器人動作進(jìn)行控制。

2.2 機(jī)器人分揀技術(shù)分析

機(jī)器人分揀系統(tǒng)的整體運(yùn)行過程便是機(jī)器人分揀的實(shí)現(xiàn)過程，也就機(jī)器人分揀技術(shù)。具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：

2.2.1 相機(jī)標(biāo)定

相機(jī)標(biāo)定是機(jī)器人分揀的首要步驟，也是機(jī)器人的視覺基礎(chǔ)，如果相機(jī)標(biāo)定不存在，則機(jī)器人視覺將無法實(shí)現(xiàn)。相機(jī)標(biāo)定的基本作用為分別建立以個(gè)圖像坐標(biāo)系和空間位置坐標(biāo)系，并探討二者之間的對應(yīng)關(guān)系。機(jī)器人分揀中，通過對相機(jī)標(biāo)定結(jié)果的分析，可準(zhǔn)確判定目標(biāo)在機(jī)器人坐標(biāo)系中所處的位置，為機(jī)器人的分揀和抓取動作奠定基礎(chǔ)。

2.2.2 目標(biāo)識別

目標(biāo)識別前期需要完成目標(biāo)提取，也作圖像分割，基本定位為：將圖像中某些具備一定特征，或者敢興趣的部分提取出來。目標(biāo)提取的方法有很多種，包括邊緣檢測法、區(qū)域提取法、閥值分割法等等。

目標(biāo)提取之后的工作是目標(biāo)識別，具體工作是對提取出的特征圖像或感興趣目標(biāo)進(jìn)行分析、分類。下圖1為目標(biāo)識別過程簡圖。

2.2.3 傳送帶上的目標(biāo)分揀

（1）運(yùn)動目標(biāo)檢測

運(yùn)動目標(biāo)檢測就是從圖像序列中將要識別的運(yùn)動目標(biāo)從場景圖像中提取出來。文章研究的是靜態(tài)背景下（即相機(jī)靜止）的運(yùn)動目標(biāo)檢測，解決此類問題的方法主要可以分為三類：光流法、幀間差分法、背景差分法。

（2）墊圈模板的建立與識別

先拍攝一張沒有墊圈場景的照片做為背景，采用背景差分法提取待識別的目標(biāo)，進(jìn)行聯(lián)通標(biāo)記處理后，提取目標(biāo)的中心點(diǎn)（形心），以形心為中心，提取80×80的二值圖像作為模板，針對墊圈中心對稱的特點(diǎn)，做以下標(biāo)記，將模板中在墊圈外部的像素標(biāo)記+1，墊圈上的像素標(biāo)記為O，墊圈內(nèi)部的像素標(biāo)記為-1，如圖2所示。

（3）運(yùn)動目標(biāo)跟蹤

運(yùn)動目標(biāo)跟蹤可采用多目標(biāo)跟蹤法，具體做法是對圖像序列的每一幀圖像進(jìn)行分析，從各幀圖像中檢測出運(yùn)動目標(biāo)，判斷這些目標(biāo)是否是要識別的目標(biāo)及屬于哪一類，建立運(yùn)動目標(biāo)鏈，并在后續(xù)各幀中定位、識別這些目標(biāo)，不斷更新運(yùn)動目標(biāo)鏈，建立不同幀圖像間同一物體運(yùn)動的對應(yīng)關(guān)系，對目標(biāo)位置做出判斷。運(yùn)動目標(biāo)跟蹤的同時(shí)要建立相應(yīng)的運(yùn)動模型，以供后期分揀參考。

2.2.4 機(jī)器人運(yùn)動控制

MOTOMAN系列機(jī)器人控制系統(tǒng)提供了MOT0COM32軟件開發(fā)包，該開發(fā)包包含了機(jī)器人控制柜與計(jì)算機(jī)的通信、機(jī)器人運(yùn)動的基本指令、數(shù)據(jù)文件的交換等功能。文章在VC++6.0上開發(fā)的控制平臺，MOTOCOM32提供了在該平臺上運(yùn)行模式，VC程序調(diào)用MOTOCOM庫函數(shù)，通過RS232接口向控制柜發(fā)出指令，控制柜控制機(jī)器人完成相應(yīng)的任務(wù)。

要在VC環(huán)境中調(diào)用MOTOCOM庫函數(shù)，就要在VC中配置環(huán)境變量包含MOTOCOM32動態(tài)鏈接庫，將安裝文件中的MotoCom32.dll、Motolk.dll、MotoLkr.dll、vrp32.dll、motoeom.h、MotoCom32.LIB這6個(gè)文件拷貝到程序的工作目錄中，再在VC的工作窗中/工程一項(xiàng)目0，彈出/項(xiàng)目設(shè)置0窗口，在該窗口/連接0一欄/對象/庫模塊0中輸入motocom32.lib。

3 結(jié)束語

食品加工業(yè)、汽車業(yè)、農(nóng)業(yè)等生產(chǎn)領(lǐng)域都已研發(fā)出相應(yīng)的機(jī)器人技術(shù)，并且實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人工作，在很大程度上提高了行業(yè)生產(chǎn)效率，促進(jìn)了行業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?？紤]到機(jī)器人分揀工作是所有工作的基礎(chǔ)，且機(jī)器人在執(zhí)行分揀工作時(shí)極有可能會出現(xiàn)定位不當(dāng)、無法識別問題，所以必須建立試驗(yàn)系統(tǒng)，對機(jī)器人分揀技術(shù)進(jìn)行探討和分析，找出適用且有效的分揀系統(tǒng)，切實(shí)保證機(jī)器人的分揀準(zhǔn)確性，防止錯抓。

參考文獻(xiàn)

[1]潘武，張莉彥，徐俊成.基于機(jī)器視覺的工件的在線檢測[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2012（07）.

[2]劉振宇，趙彬，鄒風(fēng)山.機(jī)器視覺技術(shù)在工件分揀中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2012（11）.

[3]魯好波，李堅(jiān)強(qiáng)，王小民.基于均值漂移-連通域標(biāo)記的多目標(biāo)跟蹤算法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2011（10）.