舒勝 劉麗煥 趙寧波
摘 要:針對(duì)工業(yè)機(jī)器人分揀目標(biāo)存在的問(wèn)題,搭建一個(gè)基于Webots的工業(yè)機(jī)器人分揀系統(tǒng)平臺(tái),對(duì)目標(biāo)進(jìn)行顏色和形狀的識(shí)別,由機(jī)器人完成分揀任務(wù)。結(jié)果表明,此方法可行。
關(guān)鍵詞:Webots;工業(yè)機(jī)器人;分揀;圖像識(shí)別
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.003
1 概述
視覺(jué)系統(tǒng)因攝取信息量多,非接觸等特點(diǎn),在工業(yè)生產(chǎn)中得到到了廣泛的應(yīng)用。Webots是一種優(yōu)秀的機(jī)器人模擬軟件,由瑞士聯(lián)邦技術(shù)研究所開(kāi)發(fā),可實(shí)現(xiàn)建模、編程、仿真,并支持五種開(kāi)發(fā)語(yǔ)言[1]。目前已經(jīng)在全世界超過(guò)1028所大學(xué)及科研院所中使用,為全使用者節(jié)省了大量的開(kāi)發(fā)時(shí)間。Webots開(kāi)發(fā)環(huán)境界面由四個(gè)部分組成:場(chǎng)景樹(shù)、3D仿真界面,程序代碼界面和控制臺(tái)編譯界面。北京理工大學(xué)在Webots建立仿生六足機(jī)器人,通過(guò)仿真驗(yàn)證機(jī)構(gòu)的合理性和運(yùn)動(dòng)靈活性[2]。
針對(duì)工業(yè)機(jī)器人分揀目標(biāo)的問(wèn)題,本文在Webots環(huán)境中,添加一個(gè)攝像機(jī),搭建一個(gè)基于Webots的工業(yè)機(jī)器人分揀系統(tǒng)平臺(tái),并進(jìn)行仿真。
2 分揀流程
如圖1所示是分揀流程圖。此分揀系統(tǒng)包括工業(yè)機(jī)器人、傳送帶、攝相機(jī)、工件放置槽等。
系統(tǒng)運(yùn)行后,工件在傳送帶以恒定的速度從右向左移動(dòng),當(dāng)運(yùn)行至光電傳感器位置時(shí),觸發(fā)上方的攝像機(jī)進(jìn)行圖像采集,并發(fā)送給機(jī)器人控制器,通過(guò)顏色和形狀進(jìn)行識(shí)別,形狀的識(shí)別使用Hu不變矩,將圓形目標(biāo)物體就放置在工件槽中,將方形的目標(biāo)放置桌面上,由機(jī)器人完成分揀任務(wù)。
3 圖像識(shí)別
3.1 顏色識(shí)別
圖像識(shí)別分顏色識(shí)別和形狀識(shí)別。顏色識(shí)別:逐行對(duì)圖像進(jìn)行掃描,獲取圖像每個(gè)像素點(diǎn)的顏色分量,將這些個(gè)分量都進(jìn)行分別求和,設(shè)定一個(gè)閥值,當(dāng)某一分量總值超過(guò)設(shè)定的閾值則判斷是相對(duì)應(yīng)的顏色。
3.2 形狀識(shí)別
Hu不變矩主要能體現(xiàn)圖像幾何特征,具有平移、旋轉(zhuǎn)和尺度不變性。利用圖像的Hu不變矩描述圖像特征,可以識(shí)別常規(guī)幾個(gè)形狀。
形狀識(shí)別:如圖2所示為Hu不變矩識(shí)別流程。通過(guò)攝像機(jī)采集圖像,先選取合適閾值將圖像二值化,然后計(jì)算圖像的7個(gè)不變矩,再計(jì)算待識(shí)別圖像與標(biāo)準(zhǔn)模板之間的歐式距離,當(dāng)歐式距離低于設(shè)定閾值,則認(rèn)為待識(shí)別目標(biāo)與模板是同一類形狀,反之,當(dāng)歐式距離高于設(shè)定閾值,則認(rèn)為待識(shí)別目標(biāo)與模板不是相同的形狀。
4 仿真環(huán)境搭建
Webots具有以下特點(diǎn):(1)提供完整的傳感器與制動(dòng)器資料庫(kù),可模擬多種機(jī)器人;(2)使用與內(nèi)建編輯器,可建構(gòu)機(jī)器人模型;(3)采用資料庫(kù),加入實(shí)際參數(shù)可精確模擬機(jī)器人物理行為;(4)其他功能可將仿真設(shè)計(jì)的控制程序移植到實(shí)際機(jī)器人上。在Webots控制器的Makefile文件件中加入Opencv2.4.2的庫(kù)路徑,用Opencv代碼進(jìn)行圖像處理。
在實(shí)驗(yàn)前需要攝像機(jī)進(jìn)行建模,其步驟為在超級(jí)用戶中增加一個(gè)攝像機(jī)節(jié)點(diǎn),在攝像機(jī)的子節(jié)點(diǎn)中增加一個(gè)形狀節(jié)點(diǎn),在形狀節(jié)點(diǎn)里添加外觀和幾何形狀。調(diào)整好攝像機(jī)的視角,窗口大小設(shè)置為128×128。軟件中使用攝像機(jī)的步驟是:(1)指定攝像機(jī)的名稱;(2)根據(jù)設(shè)別標(biāo)號(hào)獲取到攝像機(jī);(3)使能攝像機(jī);(4)獲取最后捕捉的圖片;(5)啟動(dòng)運(yùn)行,指定攝像機(jī)的顯示位置。
5 仿真實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)采用iprHD6M90二指機(jī)器人,模板是半徑為0.035m,圓細(xì)分?jǐn)?shù)為50的圓形工件,兩個(gè)待識(shí)別的目標(biāo)物體,一個(gè)是與模板同大小細(xì)分?jǐn)?shù)為12的圓形,和一個(gè)矩形。圓形與模板間的歐式距離為4.573e-0.05,矩形與模板的歐式距離為0.0268907。如圖3所示是分揀效果圖。(a)圖是識(shí)別出來(lái)與模板相同的圓形工件,通過(guò)機(jī)器手將目標(biāo)搬運(yùn)到放置槽上。(b)圖識(shí)別出來(lái)的目標(biāo)形狀不和模板相同,就不將其搬運(yùn)到放置槽里。實(shí)驗(yàn)證明,此方法可行。
6 結(jié)束語(yǔ)
本文闡述了Webots特點(diǎn),分析工件分揀主要流程及Hu矩形狀識(shí)別算法,在Webots仿真軟件環(huán)境下融入攝像機(jī),編寫程序進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。仿真結(jié)果表明:此方法設(shè)計(jì)合理可行,為實(shí)現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域工件自動(dòng)分揀奠定了基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn):
[1]趙小川等.基于Webots仿真軟件的仿生六足機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與步態(tài)規(guī)劃[J].仿真系統(tǒng)學(xué)報(bào),2009,21(11):3241-3246.