對工業(yè)機器人抓取技術的研究

1、對工業(yè)機器人抓取技術的研究 摘 要：為實現工業(yè)機器人能實現自主識別并抓取指定的目標，提出了一種基于數字圖像處理和網絡通信的解決方法。方法中采用選擇式掩膜平滑方法對圖像進行濾波，采用了區(qū)域生長法和邊界跟蹤進行輪廓提取，實現對目標物質心的標記以及對目標物方位、角度的確定，使用網絡通信將目標物數據發(fā)送給工業(yè)機器人，后者實現抓取。試驗結果表明，該方法在結構環(huán)境下能夠獲得較好的識別及定位效果，為工業(yè)機器人抓取提供了目標信息。 關鍵詞：工業(yè)機器人；網絡通信；數字圖像處理 中圖分類號：tp242.6 文件標識碼：a 1概述 工業(yè)機器人抓取作業(yè)是工業(yè)生產中的一個重要應用。在傳統(tǒng)的應用中，工業(yè)機器人執(zhí)行的抓取操

2、作一般通過示教或者離線編程的方式來實現的，抓取作業(yè)的起始位姿和終止位姿是預先設定好的，在這種情況下，一旦工作對象與工作環(huán)境改變，既定抓取動作則會失效。利用計算機數字圖像處理技術對工業(yè)機器人抓取的環(huán)境及目標進行識別并進行定位，基于以太網將目標數據通信至工業(yè)機器人，工業(yè)機器人進行抓取。 通過以kawasaki的fs03n工業(yè)機器人為基礎，研究并構建了一個基于單目視覺的機器人抓取試驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)的工作原理和工作過程為：當目標對象存在于工業(yè)機器人抓取作業(yè)區(qū)時，在計算機的控制下，通過攝像頭獲取對象圖像數據，然后對采集到的圖像進行數字圖像處理并將目標物位置信息通信至工業(yè)機器人，最終控制工業(yè)機器人實現對指定

3、目標物的抓取，并將其放到指定位置。 2 基于網絡通信的工業(yè)機器人的單目視覺系統(tǒng) 建立的基于網絡通信與數字圖像處理的工業(yè)機器人抓取系統(tǒng)硬件組成如圖1所示。系統(tǒng)以kawasaki fs03n機器人為基礎，研究并建立了如圖2所示的系統(tǒng)平臺。系統(tǒng)平臺包含三個單元：圖像處理單元、網絡通信單元以及工業(yè)機器人單元。圖像處理單元采用的是三星shc-730p攝像頭和大恒dh-cg400的圖像采集卡。工業(yè)機器人單元選配的控制柜為帶網絡適配器的d系列控制器。工業(yè)機器人為6軸關節(jié)型機器人，端部配氣動夾爪。系統(tǒng)側邊配皮帶輸送機，用來下料。 3 圖像處理及數據通信 設定工業(yè)機器人要抓取的目標為一立方體工件，要對其進行識別

4、和定位，主要步驟為濾波、輪廓提取、目標定位以及數據通信。 3.1 濾波 圖像在采集、傳輸及處理過程中往往會存在一定程度的噪聲干擾，噪聲惡化了圖像質量，使圖像模糊，淹沒了特征，給圖像分析帶來了困難?？紤]背景圖像中目標和背景一般都具有不同的統(tǒng)計特性，即不同的均值和方差，為保留一定的邊緣信息，采用了選擇式掩膜平滑方法，這種方法是以盡量不模糊邊緣輪廓為目的。 圖像的均值計算公式2： 3.2 輪廓提取 區(qū)域生長是根據目標物特點將像素或者子區(qū)域聚合成更大區(qū)域的方法。種子點的選取是根據工業(yè)機器人抓取的目標物的顏色、灰度特點設定的。區(qū)域生長后的圖像其背景為白色，目標為黑色，使用邊界跟蹤進行輪廓提取。 3.4

5、目標定位 圖像中的目標物位置表明著在工作臺面中的目標物相對于攝像頭的位置，使用目標物質心法來標記目標物相對于攝像頭的位置，這需要使用圖4（a）的處理結果標記目標物質心，計算公式： a-目標物面積 x0,y0-區(qū)域相對于屏幕左上角圖像的中心坐標。 選擇整個目標區(qū)域的邊緣角落四點連接成對角線（圖5中藍色線），根據目標正方體的形狀特征，找到正方體中心線（圖5中紅色線）。根據中心線可計算出目標物相對于攝像頭的偏轉角度。 3.5 數據通信 受到工業(yè)機器人控制器底層不開放的影響，無法在物理層上進行改動。在工業(yè)機器人控制器之外使用計算機作為服務器，工業(yè)機器人控制器作為客戶端形成客戶機/服務器模式（clien

6、t/server）。通過將任務合理分配到client端和server端來實現控制作業(yè)。 在進行網絡通訊時，有兩種通訊協(xié)議可供選擇，分別是tcp（transmission control protocol 傳輸控制協(xié)議）協(xié)議與udp（user datagram protocol 用戶數據報協(xié)議）協(xié)議，二者都是tcp/ip參考模型中傳輸層中的協(xié)議。其中，tcp協(xié)議是一種可靠的面向連接的協(xié)議，如圖6所示，在進行通訊時，首先通過三步握手以建立通信雙方的連接，然后進行通信。tcp協(xié)議中提供了數據確認和數據重傳的機制，以保證能夠將數據正確地傳輸。udp協(xié)議是一種不可靠的無連接協(xié)議，通信時不需要建立連接，直

7、接向一個ip地址發(fā)送數據，沒有數據確認與重傳機制，不保證能夠將數據正確地傳輸，但是實時性較高。本系統(tǒng)對實時性要求并不高，遂采用tcp協(xié)議來傳輸目標物的位置和角度信息。 結論 將數字圖像處理技術和網絡通信技術應用于工業(yè)機器人抓取技術研究中，給出了選擇式掩膜平滑的濾波方法及區(qū)域生長和邊界跟蹤的輪廓提取的方法，實現了基于以太網的通信，最終實現了工業(yè)機器人對目標物的抓取，算法基于visual c+2010編程實現的。整個系統(tǒng)構成簡單，開發(fā)成本較低。試驗結果驗證了算法，能夠為機器人智能化提供一定的借鑒意義。 參考文獻 1王修巖，程婷婷.基于單目視覺的工業(yè)機器人目標識別技術研究j.機械設計制造，2011(4):155157. 2劉海波等.visual c+數字圖像處理技術詳解m.北京：機械工業(yè)出版，2010. 3宋韜.基于g代碼的雙工業(yè)機器人協(xié)調作業(yè)的網絡控制j.自動化儀表，2011(8):4046. 4王健強，呂游.一種面向工業(yè)機器人智能抓取的視覺引導技術研究j.機械設計與制造，2009(9):17217