测距及视觉处理技术在识别及拾取机器人中的应用

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1、第21卷第6期机电产品开发与创新Vol．21,No．62008年11月Development＆InnovationofMachinery＆ElectricalProducts·开发与创新Nov．,2008·测距及视觉处理技术在识别及拾取机器人中的应用乔春雨，李伟，杨达毅，杜微（长春工程学院机电学院，吉林长春130012）摘要：主要阐述机器人利用超声波和红外测距，通过视觉传感器（摄像头）分析前方物体的存在形态，确定其性质；结合红外线的方向反馈，确定目标位置并对其进行拾取；最终分类投放的基本思想和简要过程。机器人

2、在工作过程中，准确性高，程序运行稳定可靠，拾取精度高。关键词：机器人；自动拾取；数字图像处理中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1002－6673（2008）06－033－03搜索，得到一组连续数据，根据数据的变化特征即可确0引言定目标偏离机器人正前方的角度，判断结束后，机器人随着机器人时代的临近，人们越来越崇尚使用高科根据所得数据旋转相应的角度，使得目标处于机器人正技产品解决日常生活中的问题。由于公共场所人员流动前方。接下来机器人继续向着目标方向前进，到达指定较大，随时可能出现垃圾，清洁工人随时清

3、扫，工作难位置后进行抓取。这样在设计加工制造精度可以保证的度大，随机性强。个别人们难以到达或者根本不能到达前提下，对目标的抓取准确率高。在目标处于机器人正的地方可能产生一些待处理的垃圾，需要清洁，那么就前方的时候，CCD视觉传感器1工作，采集目标的特需要一种自动清扫的机器人可以自动识别垃圾，能够自征，判断目标属性，得出结论后，在抓取过程结束后，动拾取、并分类回收。国内目前尚未出现类似的产品，执行相应的投放程序，从而完成整个工作过程。垃圾的局部拾取还是依靠清洁工人不定期进行，而且目前出现的功能单一的机器人仅可以

4、拾取物体，并没有进一步的功能[1~3]。1机器人设计的原理与结构机器人由机械手10，摄像头（CMOS或CCD视觉传感器）1，超声波传感器5，红外线传感器12及相应的信号处理单元等构成。摄像头与机器人自身相对静止，超声波传感器的接收和发送探头安装在机器人底部的正前方，红外线传感器安装在机械手末端执行器上。由摄像头获取物体的属性特征，由超声波和红外线的数值及数值变化特征来判断物体与机器人正前方的角度和2程序设计距离。机器人整体结构如图1所示。超声波传感器5首先在一定范围内发现物体后进行从图2所示的程序流程框图可知

5、，整个程序分为四一个初期判断，即物体为障碍还是目标，判断方法为超段，即：定位程序段、判断程序段、抓取程序段和投放声波5与红外线12所测距离的差值，到达临界值以上程序段。而整个过程中只需要用户操作机器人的开关。的判断为目标，否则为障碍。当确定物体为目标时，红电源开启后，机器人先进行随机定位，然后往正前外线在机械手的带动下在正前方-80~+80°的范围内进行方一直前行，直到遇到物体，这就是所谓的定位程序段。若前方是障碍（墙面），机器人显然不能跨越，则收稿日期：2008－10－22躲避或转身。如果前方是可捕获物体，

6、即非未知物，则作者简介：乔春雨（1985-），男，河北人。从事机械设计制造执行判断程序段。及其自动化专业；李伟（1986-），男，广东人。从事机械设计制造及其自动化专业。判断程序段中，机器人通过视觉传感器采集图像，33·开发与创新·并对二维彩色数字图像进行计算分析处理，得出前方物径预定义机器人作一对比，路径预定义机器人为了使所体的基本属性，目的是判别出被测物的所在相对位置和设定的路线与工作区域有效地结合且误差在较小的范围物品种类，得到的位置参数在抓取程序段将被采用，种内，需要在机器人身上安装导航器，同时需要在

7、外接寻类结果则在投放程序段中被采用。找定位基准点，例如，机器人需要使用摄像头对附近物抓取程序段原理是给机械手写好相应的每种物品的体位置进行识别，又或者使用类似GPS的位置定位传感对应抓取路径，然后选择物品种类让机械手读取执行。器进行定位，从而实现闭环控制。显然，对比于随机寻值得注意的是，机械手执行机构在抓取的关键时候普遍迹机器人，这样的定位反馈传感器很大成份地提高了机和被抓取物之间存在不吻合的角度，这时就要用到判断器人不必要的程序运算难度和整体造价。程序段中，计算出来的物体的相对位置来调整机械手执3.2躲避障

8、碍—墙面判定行机构的角度，从而达到尽可能准确抓取物体的效果。对于墙面的识别判定，程序中作了简化处理，把墙另外，机械手执行机构旁还安放了金属传感器，在物体面与障碍物体归为一类。事先给定可疑物（被机器人探被抓起的一刻，金属传感器就已经确定了被抓物体是否测到并关注的有可能成为目标物体的物体）一个高度阈具有金属特性了，这也就为马值，所有高于高度阈值的可疑物体视为障碍物体（不可上要到来的投放阶段提供了依被机器