引言
現(xiàn)階段工業(yè)機(jī)器人僅能正在嚴(yán)厲界說的結(jié)構(gòu)化情況中履行預(yù)約指令舉措，缺乏對(duì)情況的感知與應(yīng)變能力，那極大天限定了機(jī)器人的使用。應(yīng)用機(jī)器人的視覺節(jié)制，沒有須要預(yù)先對(duì)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡停止示教或離線編程，可勤儉大批的編程工夫，進(jìn)步出產(chǎn)服從跟加工質(zhì)量。
Hagger等人提出經(jīng)由過程基于機(jī)器人末尾與方針物體之間的偏差停止視覺反應(yīng)的方式；Mezouar等人提出經(jīng)由過程圖象空間的門路計(jì)劃跟基于圖象的節(jié)制方式。海內(nèi)這方面次要使用于焊接機(jī)器人對(duì)焊縫的跟蹤。
本文應(yīng)用基于地位的視覺伺服思惟，以六自由度垂直樞紐型噴涂機(jī)器人為載體，提出一種基于機(jī)械視覺的工業(yè)機(jī)器人自定位節(jié)制方式，辦理了機(jī)器人末尾實(shí)際地位與期冀地位相距較遠(yuǎn)的問題，改良了噴涂機(jī)器人的定位精度。
1.視覺定位系統(tǒng)的構(gòu)成機(jī)器人視覺定位系統(tǒng)組成如圖1所示，正在樞紐型機(jī)器人末尾裝置噴涂對(duì)象、單個(gè)攝像機(jī)，使工件能完整呈現(xiàn)正在攝像機(jī)的圖象中。體系包羅攝像機(jī)體系跟控制系統(tǒng)：
攝像機(jī)體系：由單個(gè)攝像機(jī)跟計(jì)算機(jī)構(gòu)成，擔(dān)任視覺圖象的收羅跟機(jī)械視覺算法；
煤矸石分揀機(jī)器人識(shí)別系統(tǒng)控制系統(tǒng)：由計(jì)算機(jī)跟控制箱構(gòu)成，用來節(jié)制機(jī)器人末尾的實(shí)際地位；經(jīng)CCD攝像機(jī)對(duì)事情區(qū)停止拍攝，計(jì)算機(jī)經(jīng)由過程本文利用的圖像識(shí)別方式，提取跟蹤特點(diǎn)，停止數(shù)據(jù)辨認(rèn)跟計(jì)較，經(jīng)由過程順運(yùn)動(dòng)學(xué)求解失掉機(jī)器人各樞紐地位誤差值，最初節(jié)制高精度的末尾執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)劑機(jī)器人的位姿。
圖1噴涂機(jī)器人視覺定位系統(tǒng)構(gòu)成
2.視覺定位系統(tǒng)事情原理2.1視覺定位系統(tǒng)的事情原理
利用CCD攝像機(jī)跟1394系列采集卡，將視頻信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，并對(duì)其快捷處置懲罰。起首拔取被跟蹤物體的部分圖象，該步調(diào)相當(dāng)于離線學(xué)習(xí)的進(jìn)程，正在圖象中樹立坐標(biāo)系和鍛煉體系探求跟蹤物。學(xué)習(xí)完畢后，圖象卡不絕天收羅圖象，提取跟蹤特點(diǎn)，停止數(shù)據(jù)辨認(rèn)跟計(jì)較，經(jīng)由過程順運(yùn)動(dòng)學(xué)求解失掉機(jī)器人各樞紐地位給定值，最初節(jié)制高精度的末尾執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)劑機(jī)器人的位姿。事情流程如圖2所示。
圖2視覺定位系統(tǒng)軟件流程圖
2.2基于區(qū)域的婚配
本文采取的就是基于區(qū)域的相關(guān)婚配方式。它是把一幅圖象中的某一點(diǎn)的灰度范疇作為模板，正在另一幅圖象中搜刮存在不異灰度值漫衍的對(duì)應(yīng)點(diǎn)范疇，從而實(shí)現(xiàn)兩幅圖象的婚配。正在基于區(qū)域相關(guān)的算法中，要婚配的元素是流動(dòng)尺寸的圖象窗口，類似原則是兩幅圖象中窗口間的相關(guān)性器度。當(dāng)搜刮區(qū)域中的元素使相似性原則最大化時(shí)，則認(rèn)為元素是婚配的。
界說PP是模板圖象中一點(diǎn)，取以PP為中間的某一鄰域作為相關(guān)窗口K，巨細(xì)為，假定K正在原始圖中，程度標(biāo)的目的平移Δu，垂直標(biāo)的目的平移Δu后，K所籠罩下的那塊搜刮區(qū)域叫做子圖Sk，若K跟Sk不異，則它們的好為整，不然不為整。由此界說K跟Sk的相關(guān)函數(shù)為：
當(dāng)D到達(dá)最小，K與Sk達(dá)到最佳婚配。
2.3圖象的特征提取
事情臺(tái)上的工件與工作臺(tái)靠山正在顏色方面存在很大的不同，即工件顯現(xiàn)為玄色，將那一信息作為辨認(rèn)工件的緊張?zhí)攸c(diǎn)。
工件的邊緣處灰度有急劇的變更，可以以此斷定出工件的邊界點(diǎn)。采取掃描線的方式，掃描標(biāo)的目的上灰度巨變的像素點(diǎn)就是邊界點(diǎn)。最初，經(jīng)由過程最小兩乘法把找到的邊界點(diǎn)擬合出圓周，并計(jì)較出圓心地位。
2.4試驗(yàn)與剖析
試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是經(jīng)由過程機(jī)械視覺，快捷辨認(rèn)出工件的特點(diǎn)。
拔取被跟蹤工件的部分圖象作為模板圖象template以部分圖象template為模板，正在原始圖象中停止基于區(qū)域的婚配，并以template的左
下角為原點(diǎn)，樹立坐標(biāo)系。然后界說一個(gè)搜刮區(qū)域ROI（regionofinterest），依據(jù)要提取的特征選擇區(qū)域的外形，這里取舍環(huán)形區(qū)域。搜刮區(qū)域必需包括悉數(shù)方針特點(diǎn)。正在ROI中提取工件的特點(diǎn)，如圖3所示。
圖3圓心辨認(rèn)
該步調(diào)相當(dāng)于離線學(xué)習(xí)的進(jìn)程。每次利用前只須要學(xué)習(xí)一次便可。經(jīng)由過程離線學(xué)習(xí)，體系失掉ROI與工件的絕對(duì)地位關(guān)聯(lián)，以便及時(shí)辨認(rèn)中工件呈現(xiàn)偏移、翻轉(zhuǎn)等，ROI皆可以精確呈現(xiàn)正在適合地位。
離線學(xué)習(xí)后，視覺體系顛末區(qū)域婚配、閥值宰割跟邊緣提取等步調(diào)找到須要辨認(rèn)的特點(diǎn)，如圖4所示。
圖4及時(shí)辨認(rèn)
離線學(xué)習(xí)后，視覺體系顛末區(qū)域婚配、閥值宰割跟邊緣提取等步調(diào)找到須要辨認(rèn)的特點(diǎn)，如圖4所示。
2.5成果剖析以下：
識(shí)別率剖析：第一步經(jīng)由過程離線學(xué)習(xí)，鍛煉提取外形特點(diǎn)。第二步利用離線學(xué)習(xí)失掉的坐標(biāo)關(guān)聯(lián)，及時(shí)跟蹤工件，失掉須要跟蹤的外形特點(diǎn)信息。只有離線學(xué)習(xí)適當(dāng)，方針特點(diǎn)便精確辨認(rèn)而且失掉相關(guān)信息。
實(shí)時(shí)處理成果剖析：圖象采集卡的收羅速率是25幀/s，每幅圖收羅工夫?yàn)?0ms。攝像頭收羅一幅圖象須要20ms，該圖像處理的速率為10ms/幅。經(jīng)由過程順序優(yōu)化，正在收羅的同時(shí)停止圖像處理，并且圖像處理的速率比收羅的工夫要短，便制止了圖象的失真跟顫動(dòng)。正在物體運(yùn)動(dòng)沒有跨越極限速度時(shí)，可能較精確天找到圓心的地位。
3.空間坐標(biāo)的獲得由一幅圖象失掉的信息是二維信息，順序中利用的坐標(biāo)是以像素為單元的，機(jī)器人正在空間運(yùn)動(dòng)須要將圖象的信息換算成三維空間坐標(biāo)。其計(jì)較進(jìn)程以下：
以工件上圓孔的圓心為機(jī)器人定位基準(zhǔn)，A圓心的世界坐標(biāo)。當(dāng)圓心與視覺圖象的中間重合時(shí)，機(jī)器人定位實(shí)現(xiàn)。
標(biāo)定攝像機(jī)，失掉投影矩陣ceM，即圖象中兩個(gè)像素間的距離與世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)聯(lián)。
攝像機(jī)拍攝圖象后，顛末特點(diǎn)辨認(rèn)失掉圓心正在圖象中坐標(biāo)a，計(jì)較出與圖象中間的偏移量Δx、Δy。
為基準(zhǔn)，依照下式計(jì)較機(jī)器人末尾的世界坐標(biāo)B：此中，Mc是攝像機(jī)與機(jī)器人末尾的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。
留神，本文利用單目視覺，以是這里假定Z坐標(biāo)穩(wěn)定；若是利用雙目視覺，便可以經(jīng)由過程平面視覺計(jì)較出Z’。
4.偏差剖析與賠償本名目的噴涂機(jī)器人是六自由度的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)操縱臂，與UnimationPUMA560類似，樞紐4、5、6的軸線彼此垂直，且訂交與一點(diǎn)。使用參考文獻(xiàn)3的方式計(jì)較以下：
經(jīng)由過程機(jī)械視覺可以失掉機(jī)器人末尾的空間地位坐標(biāo)B。
肯定機(jī)器人的連桿參數(shù)表，以下表：
使用DH法計(jì)較各樞紐的轉(zhuǎn)角θi：
小黃車分揀機(jī)器人的優(yōu)缺點(diǎn)論斷
本文描寫了基于機(jī)械視覺的工業(yè)機(jī)器人定位系統(tǒng)，該體系將基于區(qū)域的婚配跟外形特點(diǎn)辨認(rèn)聯(lián)合，停止數(shù)據(jù)辨認(rèn)跟計(jì)較，可能快捷精確天辨認(rèn)出物體特點(diǎn)的鴻溝與質(zhì)心，機(jī)器人控制系統(tǒng)經(jīng)由過程順運(yùn)動(dòng)學(xué)求解失掉機(jī)器人各樞紐地位的轉(zhuǎn)角偏差，最初節(jié)制高精度的末尾執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)劑機(jī)器人的位姿以消弭此偏差。從而辦理了機(jī)器人末尾實(shí)際地位與期冀地位相距較遠(yuǎn)的問題，改良了噴涂機(jī)器人的定位精度。該方式計(jì)較量小，定位精確，存在工程實(shí)用性。本體系是利用C#正在VisualStudio2003情況中編寫。
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