基于機器視覺的工業(yè)機器人分揀技術(shù)研究

牟海榮

摘 要：機器人分揀技術(shù)一直受到業(yè)內(nèi)人士的廣泛關注。為探討該技術(shù)的特性，文章基于機器視覺搭建一個工業(yè)機器人分揀技術(shù)平臺，并將其做而已實驗系統(tǒng)，著重探討了機器人在相機靜止-目標自靜止，相機靜止-目標運動兩種情況下的分揀技術(shù)特點，得出相關結(jié)論，供同行參考借鑒。

關鍵詞：機器視覺；工業(yè)機器人；分揀技術(shù)；分析和研究

對機器人工作進行分析，發(fā)現(xiàn)搬運、分揀是所有工作的基礎，無論機器人應用于哪一行業(yè)，都會涉及到搬運和分揀工作?？紤]到機器人的搬運、分揀工作實現(xiàn)基礎是機器視覺，而機器視覺又分為兩種情況，即相機靜止-目標靜止，相機靜止-目標運動，一旦機器視覺定位不當，分揀工作就會受到影響，甚至于無法完成。為此，文章在機器視覺基礎上搭建一個在機器人分揀實驗系統(tǒng)，對機器人工作中應用到的分揀技術(shù)作詳細論述。

1 國內(nèi)關于機器人分揀系統(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)視覺機器人尚未研發(fā)出，更多的是在國外研究基礎上進行改進、二次開發(fā)。關于視覺機器人分揀系統(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；貝葉斯估計跟蹤算法；目標識別法等等。這些算法都能在一定程度上對機器人分揀動作進行輔助，確保機器人分揀動作的順利完成，防止錯抓。

2 基于機器視覺下的機器人分揀系統(tǒng)構(gòu)建

為了探討機器人分揀技術(shù)的特點，文章現(xiàn)以MOTOMAN-UP6機器人為例，基于機器人視覺構(gòu)建一個機器人分揀系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)在相機靜止-目標靜止，相機靜止-目標運動兩種情況下的運行情況做詳細論述。

2.1 機器人分揀系統(tǒng)的構(gòu)成

實驗中所構(gòu)建的機器人分揀系統(tǒng)由四個部分構(gòu)成，分別為相機標定、圖像處理、模式識別以及機器人控制，四個部分缺一不可。相機標定的作用是為系統(tǒng)建立一個圖像坐標系與機器人坐標系，并以此來研究二者之間的關系；圖像處理的作用是對相機拍攝到的外界圖像進行預處理，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；模式識別需以圖像作基礎，對圖像及圖像中的聯(lián)通成分進行識別、分類；機器人控制是最后步驟，控制的實現(xiàn)方法是在計算機和機器人之間建立一個連接通信，利用計算機程序來對機器人動作進行控制。

2.2 機器人分揀技術(shù)分析

機器人分揀系統(tǒng)的整體運行過程便是機器人分揀的實現(xiàn)過程，也就機器人分揀技術(shù)。具體內(nèi)容包括以下幾個方面：

2.2.1 相機標定

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

2.2.2 目標識別

目標識別前期需要完成目標提取，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。

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

2.2.3 傳送帶上的目標分揀

（1）運動目標檢測

運動目標檢測就是從圖像序列中將要識別的運動目標從場景圖像中提取出來。文章研究的是靜態(tài)背景下（即相機靜止）的運動目標檢測，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，進行聯(lián)通標記處理后，提取目標的中心點（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，做以下標記，將模板中在墊圈外部的像素標記+1，墊圈上的像素標記為O，墊圈內(nèi)部的像素標記為-1，如圖2所示。

（3）運動目標跟蹤

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

2.2.4 機器人運動控制

MOTOMAN系列機器人控制系統(tǒng)提供了MOT0COM32軟件開發(fā)包，該開發(fā)包包含了機器人控制柜與計算機的通信、機器人運動的基本指令、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，控制柜控制機器人完成相應的任務。

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/工程一項目0，彈出/項目設置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)領域都已研發(fā)出相應的機器人技術(shù)，并且實現(xiàn)了機器人工作，在很大程度上提高了行業(yè)生產(chǎn)效率，促進了行業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展?？紤]到機器人分揀工作是所有工作的基礎，且機器人在執(zhí)行分揀工作時極有可能會出現(xiàn)定位不當、無法識別問題，所以必須建立試驗系統(tǒng)，對機器人分揀技術(shù)進行探討和分析，找出適用且有效的分揀系統(tǒng)，切實保證機器人的分揀準確性，防止錯抓。

參考文獻

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