工業機器人視覺系統的可靠定位分析

馬佳譽

【摘要】：現今，工業機器人被普遍應用于各行各業中的經營生產中，在從業人員的操控下，工業機器人能夠精確高效地完成許多任務。但是因為工業機器人沒有感知和接收周圍信息的感官，不能根據外界信息的變化來調整自己的工作狀態和環節，使得在某些環節中，由工業機器人負責的工業生產質量和精度還得不到保障。所以將視覺系統安裝到工業機器人內部，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對機器人的意義、系統的構成和運作的原理。通過將計算機視覺系統安裝在工業機器人內部，從而實現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。

【關鍵詞】：工業機器人; 視覺系統; 定位

引言

計算機視覺系統的設計和研發是為了更好地為工業機器人服務，它的本質是一套利用攝像機視場實現物體定位和物體跟蹤的視覺系統。最近數年，機器人已經被普遍應用于企業的經營生產，提高了企業生產的效率。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，這使得機器人的實用性和適應性較差，無法徹底解放人工，實現自動化操作。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，保障工業生產的精度和質量，在以往的機器人系統中新增全新的計算機視覺系統，通過視覺系統捕捉的外界信息，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備，來操控工業機器人，實現機器人對外界信息的跟蹤功能和定位功能。

1系統的結構與原理

本文選取的研究對象是Motornan UP6工業機器人系統，在以往的系統內，再將計算機視覺系統嵌入到工業機器人內部，從而提高機器人識別外界信息的能力。此套視覺系統的組成部分包括了工控機、 OK c一50圖像采集卡等外部設備。工學機器人的全系統包含了以往存在的原有系統以及新增的計算機視覺系統。以往存在的系統由在YASNAC一 XIRC— UP6機器人控制柜、Motoman UP6工業機器人本體、示教編程器、M com32系統和一些其他的外部設備共同組成。計算機視覺系統的構成部件包括了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，操縱工業機器人。

2計算機視覺系統的構建

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：采集卡的構成部件有CCD攝像頭以及與攝像頭配套使用的MV 200 工業圖像處理。MV一200圖像采集卡的優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圖像采集卡的穩定性是非常不錯的，其采集的圖像不僅像素高，質量好，畫面效果也是非常順暢，完全不卡頓。該卡的硬件質量也有所保障、地層函數也較為穩定，即使在不友好的工作環境中，它依舊能夠穩定運行。

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，進而保障了采集圖像的質量，其顯示效果也是十分流暢。它支持的系統有Win98 / 2K / XP等多種系統，被廣泛應用于人工智能領域、監控領域、事物定位識別領域。

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。計算機視覺系統軟件功能模塊圖如下圖3所示：

3視覺系統的原理及流程圖

工業機器人的核心系統構成有三個部分，第一部分為工業機器人本體;第二部分是機器人外部的硬件設備，這些硬件設備包括外部設備、控制器、執行器等核心元件;第三部分就是計算機視覺系統，該系統完成的任務有圖像的采集、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，定位攝像機的位置和攝像機對應點的位置。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。

在計算機視覺系統的工作過程中，一方面，計算機利用C語言的調節圖像采集卡來控制函數，另一方面計算機會將攝像機采集的圖片、數據、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，就需要構建3D數據庫，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據模型為止。整個操作流程如下圖5所示：

4結語

概括來說，計算機視覺系統是為了提高工業機器人的工作效率，降低人工工作任務量，保障工業生產的精度和質量，從而設計研發的。利用3D數據模型指定目標，工業機器人能夠借由計算機視覺系統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。

參考文獻

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