面向分揀機(jī)器人的多目標(biāo)視覺識(shí)別定位方法研究

郭 軍 王新新 李文革

（山東電子職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 濟(jì)南250200）

傳統(tǒng)的分揀機(jī)器人在進(jìn)行工作的時(shí)候都是通過示教和離線編程的方法進(jìn)行，但是如果在工作的時(shí)候目標(biāo)位置發(fā)生變化就會(huì)出現(xiàn)分揀失敗的請(qǐng)情況發(fā)生，嚴(yán)重影響工作效率。隨著科技的不斷發(fā)展，人們開始重視機(jī)器人的視覺感知能力和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力。通過不斷的研究發(fā)現(xiàn)面向分揀機(jī)器人的多目標(biāo)視覺識(shí)別定位方法能夠通過視覺系統(tǒng)了解作業(yè)目標(biāo)圖像，之后對(duì)圖像進(jìn)行分割和識(shí)別，建立相應(yīng)的圖像信息位置模型定位，真正的實(shí)現(xiàn)面向分揀機(jī)器人的識(shí)別和定位。

1 面向分揀機(jī)器人的多目標(biāo)視覺識(shí)別定位方法研究

我國(guó)的很多研究者在這段時(shí)間里面都對(duì)面向分揀機(jī)器人的多目標(biāo)視覺識(shí)別定位方法進(jìn)行研究。研究者王燕玲在研究的時(shí)候提出了一種基于改進(jìn)背景減法的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的自動(dòng)檢測(cè)方法，這種方法能夠真正的實(shí)現(xiàn)雙背景自動(dòng)更新解決背景發(fā)生變化情況下的目標(biāo)檢測(cè)問題。我國(guó)的研究者王詩(shī)宇在研究的時(shí)候也提出了一種簡(jiǎn)單的控制方法，這種控制方法能夠真正的讓機(jī)器人對(duì)散亂物料進(jìn)行快速抓取。

針對(duì)分揀機(jī)器人作業(yè)目標(biāo)的結(jié)構(gòu)形狀的復(fù)雜和隨機(jī)擺放等因素，利用面向分揀機(jī)器人的多目標(biāo)視覺識(shí)別定位方法能夠最大限度的對(duì)多目標(biāo)圖像進(jìn)行分割，真正發(fā)揮出分揀機(jī)器人的作用。

2 分揀作業(yè)目標(biāo)輪廓區(qū)域提取

2.1 預(yù)處理分揀作業(yè)目標(biāo)。如圖所示是預(yù)處理分揀作業(yè)目標(biāo)圖：

根據(jù)圖片信息能夠發(fā)現(xiàn)視覺在成像過程中一旦受到一些外界因素的干擾就會(huì)降低圖像的對(duì)比度，影響分揀目標(biāo)的提取。在成像過程中會(huì)使用高斯濾波器進(jìn)行降噪處理，在提高圖像對(duì)比度的時(shí)候使用光照歸一化算法進(jìn)行處理。

2.2 作業(yè)目標(biāo)輪廓區(qū)域提取。因?yàn)榉謷C(jī)器人在進(jìn)行工作的時(shí)候會(huì)同時(shí)識(shí)別多個(gè)分揀作業(yè)目標(biāo)，所以需要在提取作業(yè)目標(biāo)的時(shí)候加入融合形態(tài)學(xué)算法的幫助，分揀目標(biāo)里面有很多加工的孔，分割后的目標(biāo)的背景都在黑色區(qū)域內(nèi)，最后在現(xiàn)實(shí)的時(shí)候目標(biāo)的邊緣有時(shí)會(huì)存在一些不光滑現(xiàn)象發(fā)生，針對(duì)這樣的問題都可以使用形態(tài)學(xué)來(lái)進(jìn)行解決。

3 分揀作業(yè)目標(biāo)的識(shí)別與定位

3.1 連通區(qū)域的標(biāo)記。因?yàn)槊總€(gè)分揀作業(yè)目標(biāo)的輪廓區(qū)都是獨(dú)立的區(qū)域，連接這些區(qū)域的各像素就叫做連通域。在區(qū)域里面需要對(duì)不同的像素進(jìn)行標(biāo)記，這樣就可以把圖像中的連通域提取出來(lái)，這樣就可以進(jìn)行分揀。

在連通區(qū)域標(biāo)記的時(shí)候連通域的數(shù)量就是分揀目標(biāo)的數(shù)量。

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析情況

4.1 分揀機(jī)器人的手眼標(biāo)定。在進(jìn)行分揀控制的時(shí)候機(jī)器人和相機(jī)進(jìn)行分離的時(shí)候會(huì)把相機(jī)固定在支架上，這樣就可以利用圖像坐標(biāo)系的坐標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)化笛卡爾坐標(biāo)系下機(jī)械臂相對(duì)的坐標(biāo)點(diǎn)，進(jìn)而獲得需要的轉(zhuǎn)換系數(shù)。在機(jī)器人歸零之后手動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人就會(huì)接觸到對(duì)應(yīng)的機(jī)器人坐標(biāo)，之后就可以通過旋轉(zhuǎn)矩陣了解機(jī)器人坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的系數(shù)。

4.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析情況。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)候研究者根據(jù)實(shí)際情況開發(fā)了面向分揀機(jī)器人的視覺識(shí)別定位軟件，之后對(duì)相應(yīng)的分揀目標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證。因?yàn)榉謷繕?biāo)的形狀各種各樣，所以在實(shí)驗(yàn)的時(shí)候所有的目標(biāo)都需要隨機(jī)進(jìn)行放置。

4.3 整齊放置的識(shí)別與定位分析。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的時(shí)候先選擇不同形狀的分揀目標(biāo)，之后在畫出運(yùn)行結(jié)果圖：

圖2

從圖上的數(shù)據(jù)信息能夠發(fā)現(xiàn)對(duì)于整齊放置的分揀目標(biāo)不管形狀是否相同都可以通過此方法得到分揀目標(biāo)的個(gè)數(shù)，并且找到質(zhì)心的位置。知道質(zhì)心定位的數(shù)據(jù)能夠清楚的知道分揀目標(biāo)在圖像中的位置情況，同時(shí)還可以通過質(zhì)心得到像素的位置。在實(shí)際進(jìn)行操作的時(shí)候會(huì)通過手眼標(biāo)定關(guān)系了解分揀機(jī)器人的空間位置，給機(jī)器人在工作的時(shí)候提供準(zhǔn)確的位置信息。

4.4 隨機(jī)放置的識(shí)別與定位分析。如圖所示是選擇不同目標(biāo)的隨機(jī)放置運(yùn)行結(jié)果：

圖3

通過圖上的數(shù)據(jù)內(nèi)容能夠發(fā)現(xiàn)隨機(jī)放置的分揀目標(biāo)也可以通過這種方式來(lái)得到分揀目標(biāo)的個(gè)數(shù)和每個(gè)目標(biāo)的圖像坐標(biāo)。

通過了解內(nèi)容和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠知道新出現(xiàn)的面向分揀機(jī)器人的多目標(biāo)視覺識(shí)別定位方法不僅能夠提高分揀機(jī)器人工作的效率，還能通過復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)對(duì)分揀的目標(biāo)進(jìn)行個(gè)數(shù)的統(tǒng)計(jì)和目標(biāo)的識(shí)別與定位。面向分揀機(jī)器人的多目標(biāo)視覺識(shí)別定位方法在使用的時(shí)候能獲得多個(gè)作業(yè)目標(biāo)圖像進(jìn)而提高圖像的對(duì)比度，之后在通過完整的分揀目標(biāo)的輪廓區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)目標(biāo)和數(shù)量。在實(shí)驗(yàn)的時(shí)候還發(fā)現(xiàn)建立相應(yīng)的質(zhì)心坐標(biāo)能夠讓分揀機(jī)器人的手眼標(biāo)定得到需要的轉(zhuǎn)換參數(shù)，真正的給分揀機(jī)器人提供準(zhǔn)確的位置，讓機(jī)器人能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行工作。