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机械手+视觉自动化应用方案

产品系列:机械手+视觉自动化应用方案

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  工业机械人视觉体例的方向定位_呆板/仪外_工程科技_专业材料。第 5 期(总第 180 期) 2013 年 10 月 呆板工程与主动化 M ECHANICAL ENGINEERING & A U TOM A T ION 著作编号 :1672‐64

  第 5 期(总第 180 期) 2013 年 10 月 呆板工程与主动化 M ECHANICAL ENGINEERING & A U TOM A T ION 著作编号 :1672‐6413(2013)05‐0130‐02 No .5 Oct . 工业机械人视觉体例的方向定位 张志远 , 伏冬孝 , 段 坚 (华北电力大学 呆板工程系 , 河北 保定 071000) 摘要 : 机械视觉的行使越来越寻常 , 也成为了工业机械人获取境遇消息的紧急式样 。 通过工业机械人视觉系 统搜罗做事台上物品的图像 , 对获取的图像举办惩罚 , 应用阈值法对图像举办割裂 。 正在得到图像轮廓的根底 上 , 通过轮廓的最小外接矩形估计打算物体质心的场所 。 试验结果说明 , 该办法可能迅速确凿地得到众个方向的 质心场所 。 闭头词 : 机械人视觉 ; 图像割裂 ; 众方向 ; 方向定位 中图分类号 : T P242畅 6 + 2 文献标识码 : A 0 序文 机械视觉便是诈骗机械庖代人眼对边缘境遇来做 各式衡量和剖断 。 因为机械视觉本领具有检测精度 高 、可扩展性好 、检测速率疾等益处 ,因而正在当代主动 化坐褥经过中 ,机械视觉体例被寻常地用于各式质料 把持 、工况监督和制品检修等范畴 。 视觉体例钻研的 首要方向是 :从摄像机获取图像 ,将图像转化为数字图 像 ,对数字图像举办需要的预惩罚 ,加强所需求的图像 特性 ,始末进一步的图像惩罚 ,从而得到方向物体的位 置 、巨细 、颜色等所需求的消息[1] 。 1 图像惩罚 1 .1 图像的预惩罚 普通地 ,视觉体例获取的图像 (即原始图像)因为 受到各式条款限度和随机滋扰 ,往往包罗着各式各样 的噪声和畸变 ,于是不行正在视觉体例中直策应用 ,必需 正在举办图像领悟和识别进展行灰度校正 、噪声过滤等 图像预惩罚 ,从而去掉这些使图像质料劣化的身分 ,并 对消息单薄的图像举办巩固 ,使图像变得更容易寓目 或使图像中的有效消息更容易提取 。 为容易举办领悟 还需求加强图像中所需求的特性 ,腐朽不需求的特性 。 图像预惩罚办法首要包含图像巩固 、比拟度巩固和缓 滑惩罚[2 ,3] 。 1 .2 图像割裂 统一幅图像中或许存正在众个物体 ,为了识别各个 物体的质心 ,需求对图像举办割裂 。 图像割裂通过像 素间的雷同性和跳跃性 ,将图像分成众个区域举办处 理 。 凭据割裂应用的首要特性 ,图像割裂本领可分为 以下 3 种[4 ,5] : (1) 基于阈值的割裂算法 。 这是一种最常睹的区 域割裂本领 ,阈值是用于划分差异方向的灰度值 。 正在 图像惟有方向和布景的环境下 ,只需拣选单阈值割裂 , 将图像中每个像素的灰度值和阈值对比 ,灰度值大于 阈值的像素和灰度值小于阈值的像素永诀归类 。 假使 图像中有众个方向 ,就需求拣选众个阈值将各个方向 分散 ,这种办法称为众阈值割裂 。 阈值割裂的结果依 赖于阈值的拣选 ,确定阈值是阈值割裂的闭头 。 (2) 基于角落的割裂算法 。 这种办法是诈骗差异 区域间像素灰度不不断的特性检测出区域间的角落 , 从而告终图像割裂 。 界线的像素灰度值蜕化往往对比 强烈 。 起初检测图像中的角落点 ,再按肯定战术贯串 成轮廓 ,从而组成割裂区域 。 (3) 基于区域特征的割裂算法 。 这种办法通过分 析图像的特征如灰度 、纹理 、体式 ,拣选个中最显着的 特征将图像举办分区 ,再对差异的小区域行使此特征 进一步割裂 。 该办法对噪声具有肯定的抗滋扰才华 , 基于区域的割裂算法的污点是区域特征的拣选对比困 难 ,拣选失当对割裂结果影响很大 ,而且容易发生过分 割局面 。 基于角落的割裂办法对界线界说真实凿度央浼较 高 ,阻挡易发生封锁的区域轮廓 ;基于区域的割裂算法 对区域特征的挑选有很高央浼 ,况且容易发生图像过 割裂局面 ,于是本文采用算法简单 、运转速率较疾的阈 值割裂算法 。 阈值割裂通过阈值的设定将方向和布景割裂开 , 常用的阈值割裂为二值化割裂 。 二值化割裂的根本出 发点是将图像中的方向和布景作为是以阈值为割裂点 的两片面结合 。 图像始末采 样量化后 ,可能用矩阵 F(j ,k)来外达数字图像 。 设 Z 是图像 F(j ,k)的恣意 收稿日期 : 2013‐03‐11 ; 修回日期 : 2013‐04‐16 作家简介 : 张志远 (1986‐) , 男 , 河北保定人 , 正在读硕士钻研生 , 首要钻研目标 : 机械视觉和机电一体化 。 2013 年第 5 期 张志远 ,等 :工业机械人视觉体例的方向定位 · 131 · 灰度级结合 ,Zf 和 Zb 为恣意选定的方向灰度级和布景 灰度级 ,则阈值法图像割裂的根本道理如式 (1)所示 : g(j ,k) = Zf F( j ,k) ∈ Z Zb 其他 。 ……………… (1 ) 个中 :g(j ,k)为正在拣选阈值区间割裂后的图像 。 针对 差异惩罚对象 ,可永诀选用以下界说式 ,各界说式割裂 道理永诀如图 1 所示 。 g(j ,k) = 1 F(j ,k) ≥ T 0 其他 。 ……………… (2) g(j ,k) = 1 F(j ,k) ≤ T 0 其他 。 ……………… (3) g(j ,k) = 1 T1 ≤ F( j ,k) ≤ T2 0 其他 。 ………… (4) 个中 :T 、T1 、T2 均为图像惩罚时拣选的阈值 。 3 试验与领悟 本文以 Reinvo 公司的 6 自正在度教学用工业机械 人工试验平台 ,行使 VC + + 软件编程举办试验 。 得到 试验结果如图 3 所示 。 图 2 轮廓最小外接矩形的估计打算道理 图 1 二值化割裂道理 通过挑选适应的阈值将图像中的物体与布景划分 开来 ,进而取得物体的轮廓 。 2 质心求取 方向的定位需央浼取物体的质心 ,普通采用矩描 述子的式样估计打算质料匀称漫衍物体的质心 。 矩描摹子 是通过对轮廓上整个点举办积分运算而取得的特性 , 可用 于 二 值 或 灰 度 级 的 区 域 描 述 ,对 于 数 字 图 像 f (x ,y) ,每每咱们界说轮廓的(p × q)阶矩[6] 为 : nn mpq = ∑ ∑ f (x ,y)xp y q 。 ……………… (5) i= 1 j = 1 个中 :p ,q = 0 ,1 ,2 ,… 。 用(x ,y)外现区域质料核心坐标 ,有 : x= m10 m00 。 y= m01 m00 ………………………………… (6) nn nn 个中 :m00 = ∑ ∑ f (x ,y) ;m10 = ∑ ∑ x f (x ,y) ; i=1 j =1 i= 1 j = 1 nn m01 = ∑ ∑ y f (x ,y) 。 i= 1 j = 1 咱们挑选通过估计打算轮廓的最小外接矩形来获取物 体的矢量消息 。 先估计打算出轮廓的最小外接矩形的边与 图像水准轴的夹角 ,再诈骗几何相闭求得物体的质心 , 轮廓最小外接矩形的估计打算道理如图 2 所示 。 图 2 中 ,L 和 W 外现物体轮廓的外接矩形的长和 宽 ,θ 界说为图像水准坐标轴逆时针挽回与第一条矩 形边订交所成的夹角 。 正在求得轮廓的最小外接矩形的 4 个极点坐标 P0 、P1 、P2 、P3 的根底上 ,通过几何闭 系 ,求出的矩形的质心即可近似为物体的质心 ,进而得 到物体的矢量消息 。 图 3 图像惩罚前 、后的比拟图 比拟图 3(a)与图 3 (b)可能看出始末阈值惩罚后 物体图像与布景一律划分开了 ,试验求得的各物体的 质心坐标是对比准确的 ,况且十字的横竖永诀与图像 轮廓的最小外接矩阵长宽平行 ,可能容易工业机械人 拣选最优的抓取目标 。 4 结语 通过试验说明 ,差异的阈值拣选对图像割裂会有 影响 ;对付阀值的挑选 ,需求凭据图像的全体环境确 定 。 始末验证 ,通过轮廓的最小外接矩形法可能迅速 确凿地确定众个差异物体的质心场所 ,可能满意机械 人抓取的精度央浼 ,具有肯定的应用代价 。 参考文献 : [1] 赵鹏 .机械视觉外面及行使 [M ] .北京 :电子工业出书社 , 2011 . [2] 詹青龙 ,卢爱芹 .数字图像惩罚本领 [M ] .北京 :清华大学 出书社 ,2010 . [3] 潘振赣 ,龚声蓉 .浅讲数字图像惩罚本领的根本道理 [J] . 电脑常识与本领 ,2010 ,6(6) :1452‐1454 . [4] Rafael C Gonzalez , Richard E Woods .数 字 图 像 处 理 [M ] .阮秋琦 ,阮宇智 ,译 .北京 :电子工业出书社 ,2004 . [5] 郑洪涛 .浅讲数字图像惩罚中的图像割裂本领 [J] .电大 理工 ,2011 ,12(4) :31‐32 . [6] 章毓晋 .图像惩罚和领悟根底 [M ] .北京 :上等教诲出书 社 ,2002 . (英文摘要转第 134 页) · 134 · 单片机通讯轨范框图如图 1 所示 。 机 械 工 程 与 自 动 化 2013 年第 5 期 4 终了语 依托不断式划膜仪 ,采用单片机举动首要的把持 重心对工业打针泵举办把持 ,计划了不断式 NC 膜划 膜装备 ,该装备具有经济适用 、灵便简单 、划膜确凿 、维 护便捷等特性 。 经测试说明筑造做事牢靠 、坚固 ,手动 操作精准 、便捷 ,满意免疫层析试纸条 C /T 划膜的生 产央浼 ,以更为经济的主动化坐褥方法添补了目前划 膜装备的亏欠之处 ,满意大范畴 、经济迅速的坐褥要 求 ,可寻常行使于生物 、医学等范畴当中 。 图 1 单片机通讯轨范框图 参考文献 : [1] 付海霞 .免疫层析迅速检测本领的钻研[D] .杭州 :浙江大 学 ,2008 :7‐18 . [2] 黄芬 ,叶紹辉 ,龚振明 .免疫层析迅速诊断试纸条的制备 及其行使[J] .今世畜牧 ,2006(8) :20‐22 . [3] 陈曦 ,代丙媛 ,李玲 .来去式 NC 膜划膜仪[J] .仪外本领与 传感器 ,2012(1) :24‐25 . [4] 陈慧勃 .NC 膜涂膜机的研制与斥地 [D ] .天津 :河北工业 大学 ,2007 :11‐12 . [5] 李宁 .基于 PC 机和单片机主从式把持体例的计划 [D ] . 西安 :西安理工大学 ,2008 :33‐34 . Continuous Dispenser Device for Nitrocellulose Membrane CHEN Xi ,WANG Qing ,CAI Shan‐shan (School of Cont rol Science and Engineering , Hebei U niversity of T echnology ,T ianjin 300130 ,China ) Abstract :Aimed at the deficiencies of NC film production ,on the basis of analyzing the actuality of dispenser system at home and abroad ,this paper designed a NC filming device using a SCM as the main controller , w hich could deal with the w hole roll in continuous uniform motion . T he position platform with multi freedom degree could be manually adjusted to get the appropriate location and spacing .T he high‐precision industrial injection pump extracted solution to line af ter SCM setting the parameters and the instruction .Practice proves that the instrument is simple in structrue ,stable in performance and accuract in operation .It can be applid to continuous marking in the research and development of immunochromatography strip . Key words :NC filming device ;industrial injection pump ;RS‐485 ;multi freedom degree platform (上接第 131 页) Target Location of Visual System on Industrial Robot ZHANG Zhi‐yuan ,FU Dong‐xiao ,DUAN Jian (Department of M echanical Engineering ,N orth China Electric Pow er U niversity ,Baoding 071000 ,China) Abstract :T he application of machine vision is more and more wide , w hich has become an important way for environmental information on industrial robot . T he paper introduced an industrial robot vision system , w hich acquired images , processed the images ,and used threshold method for image segmentation .T he centroid position was confirmed using minimum enclosing rectangle method after gaining the outline of target .T he experimental results show that this method can quickly and accurately obtain multiple target centroid position . Key words :computer vision ;image segmentation ;multiple target ;location of target 工业机械人视觉体例的方向定位 作家: 作家单元: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 张志远, 伏冬孝, 段坚, ZHANG Zhi-yuan, FU Dong-xiao, DUAN Jian 华北电力大学呆板工程系,河北 保定,071000 呆板工程与主动化 Mechanical Engineering & Automation 2013(5) 参考文献(6条) 1.赵鹏 机械视觉外面及行使 2011 2.詹青龙;卢爱芹 数字图像惩罚本领 2010 3.潘振赣;龚声蓉 浅讲数字图像惩罚本领的根本道理[期刊论文]-电脑常识与本领 2010(06) 4.Rafael C Gonzalez;Richard E Woods;阮秋琦;阮宇智 数字图像惩罚 2004 5.郑洪涛 浅讲数字图像惩罚中的图像割裂本领[期刊论文]-电大理工 2011(04) 6.章毓晋 图像惩罚和领悟根底 2002 援用本文式子:张志远.伏冬孝.段坚.ZHANG Zhi-yuan.FU Dong-xiao.DUAN Jian 工业机械人视觉体例的方向定位[期刊 论文]-呆板工程与主动化 2013(5)

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