雙目機(jī)器人抓取動(dòng)態(tài)物體的算法研究

張廣紀(jì) 戚海永

摘 要：隨著當(dāng)前社會(huì)的發(fā)展，機(jī)器人參與生產(chǎn)實(shí)踐中已經(jīng)在部分領(lǐng)域取代了人工。而雙目機(jī)器人更是因?yàn)槠鋬?yōu)越的視覺傳感與二維轉(zhuǎn)換三維坐標(biāo)，得到了廣泛關(guān)注筆者結(jié)合自身實(shí)踐，利用雙目機(jī)器人識(shí)別與定位動(dòng)態(tài)物體的位置，讓雙目機(jī)器人在各大生產(chǎn)領(lǐng)域的工作中得到廣泛應(yīng)用。在本文中筆者主要對(duì)雙目機(jī)器人在面對(duì)動(dòng)態(tài)的不規(guī)則物體或材質(zhì)比較柔軟的物體的時(shí)候，如何進(jìn)行圖像的處理，如何進(jìn)行視覺處理，如何對(duì)圖像信息分割得到坐標(biāo)，二維坐標(biāo)如何轉(zhuǎn)換為三維坐標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)物體的抓取進(jìn)行了研究與分析。希望為相關(guān)行業(yè)提高生產(chǎn)效率、降低人工成本提供參考，共同促進(jìn)機(jī)器人生產(chǎn)的高效、穩(wěn)定與便捷。

關(guān)鍵詞：雙目機(jī)器人;動(dòng)態(tài)物體;算法研究

一、圖像處理——閾值分割算法

筆者在進(jìn)行處理時(shí)采用的方法是閾值分割算法，這種方法使用起來簡(jiǎn)單方便且處理信息速度較快，在動(dòng)態(tài)物體的顏色與背景顏色有明顯區(qū)分的時(shí)候使用效果較好。第一步選擇好合適的閾值;第二步通過選擇好的閾值將動(dòng)態(tài)物體像素點(diǎn)分割成不同的灰度。這一過程中，確定閾值是依靠被抓取物體的灰度值與背景的灰度值的二者區(qū)別，在確定好閾值T之后，將上述圖像中的各個(gè)像素點(diǎn)屬性與T進(jìn)行比較，符合的確認(rèn)為抓取的目標(biāo)，不符合的確認(rèn)為背景。

由上述過程可知，在實(shí)踐中得出準(zhǔn)確的閾值是進(jìn)行閾值分割法的基礎(chǔ)，筆者為確定閾值，往往采用計(jì)算的方法。首先設(shè)Pi為參照用的像素值，將臨近區(qū)域設(shè)為Ps，比較Pi與Ps;其次設(shè)最大像素值為Psmax，最小像素值為Psmin，次大值為Psmaxs，次小值為Psmins;最后在Pi

結(jié)束上述分割計(jì)算過程之后，確定了被抓取的物體的位置，接下來要確定的是雙目機(jī)器人進(jìn)行抓取的抓取點(diǎn)筆者采用的是結(jié)合了遍歷法與中心法的遍歷中心法。[1]雙目機(jī)器人確定被抓取物體的最大內(nèi)接矩形，再將矩形形心確定為抓取點(diǎn)。而這一過程的意義在于，內(nèi)接矩形的應(yīng)用，避免了月牙形形狀在使用中得到的中心點(diǎn)卻不在被抓取物上的情況。

二、圖像分割與質(zhì)心求取

2.1視覺處理——以HALCON為例子

利用HALCON進(jìn)行視覺處理實(shí)際的流程如圖1所示

2.2系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

想要將上述流程轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ?，需要借助的是VC++，在使用VC++的前提下，利用HALCON中的圖像處理函數(shù)。而想要做到這一步需要在VC++中設(shè)置出HALCON的使用環(huán)境，首先需要把HALCON的圖像處理庫的連接文件、頭文件的路徑與連接的路徑設(shè)置在VC++的環(huán)境。

三、雙目機(jī)器人抓取動(dòng)態(tài)物體

上述的兩個(gè)步驟，是筆者構(gòu)建起的進(jìn)行被抓取物的圖像分割的原理與計(jì)算重點(diǎn)，及通過VC++與HALCON的組合構(gòu)建過程，實(shí)現(xiàn)最終的圖像處理與將信息傳遞給雙目機(jī)器人的傳遞執(zhí)行部分。

3.1攝像機(jī)鎖定被抓取物

首先要明確的是“攝像機(jī)標(biāo)定”的概念，即為了建立起三維的視覺空間，需要借助攝像機(jī)拍攝被抓取物的二維的圖像信息的技術(shù)。而通過攝像機(jī)鎖定被抓取物，有兩個(gè)考慮部分，一個(gè)是外部參數(shù)的標(biāo)定，一個(gè)是內(nèi)部參數(shù)的標(biāo)定。而在成像模型的構(gòu)建上也分成兩個(gè)部分，一個(gè)是線性模型，一個(gè)是非線性模型。

攝像機(jī)鎖定被抓取物的原理與作用是，通過雙目機(jī)器人的兩個(gè)攝像機(jī)的工作，機(jī)器人獲得圖像坐標(biāo)，處理這些坐標(biāo)后，機(jī)器人可以構(gòu)建起世界坐標(biāo)，并在世界坐標(biāo)中確定出目標(biāo)抓取物的位置。再利用平面模板，去代替立體下標(biāo)定的方塊，將得到的矩陣進(jìn)行分解可以得到上文中提到的外部參數(shù)與內(nèi)部參數(shù)。[2]

3.2機(jī)器人抓取動(dòng)態(tài)物體的軌跡制定

在經(jīng)過3.1的流程之后，雙目機(jī)器人已經(jīng)獲得了動(dòng)態(tài)物體的抓取點(diǎn)，機(jī)器人的控制卡獲得了世界坐標(biāo)，針對(duì)起點(diǎn)不同、終點(diǎn)不同進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的軌道的規(guī)劃，使機(jī)器人準(zhǔn)確預(yù)判動(dòng)態(tài)物體的位置，抓取到目標(biāo)。這一過程中調(diào)動(dòng)的是雙目機(jī)器人的對(duì)于這個(gè)位置的全部關(guān)節(jié)和需要調(diào)動(dòng)的全部姿態(tài)。

四、結(jié)束語

本文結(jié)合當(dāng)前機(jī)器人在實(shí)際生產(chǎn)中的需要，對(duì)相關(guān)的信息進(jìn)行了搜集整理，在“以實(shí)際應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)”的基礎(chǔ)上，從各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)雙目機(jī)器人抓取動(dòng)態(tài)物體的算法研究進(jìn)行了分析，從圖像處理的方法、流程與作用入手，分析了圖像的分割與質(zhì)心的求取，并對(duì)后續(xù)雙目機(jī)器人的抓取軌跡進(jìn)行了探討。筆者將分析思路借助實(shí)踐進(jìn)行綜合考量，不斷嘗試、探索、修改，最終得出完善的雙目機(jī)器人抓取動(dòng)態(tài)物體思路。結(jié)合現(xiàn)實(shí)因素分析，當(dāng)前機(jī)器人參與生產(chǎn)這一領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大，整個(gè)行業(yè)處于不斷的發(fā)展階段，有良好的發(fā)展機(jī)遇，也有很多潛在的問題與等待解決的難點(diǎn)，筆者希望以此文，為雙目機(jī)器人的發(fā)展和整個(gè)行業(yè)的發(fā)展，提供理論支持與參考，與同業(yè)者一起，共同促進(jìn)行業(yè)的長(zhǎng)期穩(wěn)定與健康發(fā)展，通過機(jī)器人代替人工，刺激經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，節(jié)約勞動(dòng)成本，進(jìn)而提高人們的生活質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]謝新華，梁棟，張香倩，等.基于圖像處理的目標(biāo)物體最大內(nèi)接矩形面積的檢測(cè)[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2015（17）：193-197.

[2]謝莉，余勝.攝像機(jī)標(biāo)定算法研究[J].科技視界，2011（4）：22-24.

作者簡(jiǎn)介：

張廣紀(jì)（1997-），男，漢，安徽人，大專，機(jī)電一體化專業(yè)。戚海永，江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，漢。

基金項(xiàng)目：《雙目機(jī)器人抓取動(dòng)態(tài)物體的算法研究》，徐州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（KH17015）。