雙目機器人抓取動態物體的算法研究

張廣紀 戚海永

摘 要：隨著當前社會的發展，機器人參與生產實踐中已經在部分領域取代了人工。而雙目機器人更是因為其優越的視覺傳感與二維轉換三維坐標，得到了廣泛關注筆者結合自身實踐，利用雙目機器人識別與定位動態物體的位置，讓雙目機器人在各大生產領域的工作中得到廣泛應用。在本文中筆者主要對雙目機器人在面對動態的不規則物體或材質比較柔軟的物體的時候，如何進行圖像的處理，如何進行視覺處理，如何對圖像信息分割得到坐標，二維坐標如何轉換為三維坐標，最終實現動態物體的抓取進行了研究與分析。希望為相關行業提高生產效率、降低人工成本提供參考，共同促進機器人生產的高效、穩定與便捷。

關鍵詞：雙目機器人;動態物體;算法研究

一、圖像處理——閾值分割算法

筆者在進行處理時采用的方法是閾值分割算法，這種方法使用起來簡單方便且處理信息速度較快，在動態物體的顏色與背景顏色有明顯區分的時候使用效果較好。第一步選擇好合適的閾值;第二步通過選擇好的閾值將動態物體像素點分割成不同的灰度。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別，在確定好閾值T之后，將上述圖像中的各個像素點屬性與T進行比較，符合的確認為抓取的目標，不符合的確認為背景。

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

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

二、圖像分割與質心求取

2.1視覺處理——以HALCON為例子

利用HALCON進行視覺處理實際的流程如圖1所示

2.2系統功能的實現

想要將上述流程轉變為功能，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。而想要做到這一步需要在VC++中設置出HALCON的使用環境，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置在VC++的環境。

三、雙目機器人抓取動態物體

上述的兩個步驟，是筆者構建起的進行被抓取物的圖像分割的原理與計算重點，及通過VC++與HALCON的組合構建過程，實現最終的圖像處理與將信息傳遞給雙目機器人的傳遞執行部分。

3.1攝像機鎖定被抓取物

首先要明確的是“攝像機標定”的概念，即為了建立起三維的視覺空間，需要借助攝像機拍攝被抓取物的二維的圖像信息的技術。而通過攝像機鎖定被抓取物，有兩個考慮部分，一個是外部參數的標定，一個是內部參數的標定。而在成像模型的構建上也分成兩個部分，一個是線性模型，一個是非線性模型。

攝像機鎖定被抓取物的原理與作用是，通過雙目機器人的兩個攝像機的工作，機器人獲得圖像坐標，處理這些坐標后，機器人可以構建起世界坐標，并在世界坐標中確定出目標抓取物的位置。再利用平面模板，去代替立體下標定的方塊，將得到的矩陣進行分解可以得到上文中提到的外部參數與內部參數。[2]

3.2機器人抓取動態物體的軌跡制定

在經過3.1的流程之后，雙目機器人已經獲得了動態物體的抓取點，機器人的控制卡獲得了世界坐標，針對起點不同、終點不同進行機器人運動的軌道的規劃，使機器人準確預判動態物體的位置，抓取到目標。這一過程中調動的是雙目機器人的對于這個位置的全部關節和需要調動的全部姿態。

四、結束語

本文結合當前機器人在實際生產中的需要，對相關的信息進行了搜集整理，在“以實際應用為出發點”的基礎上，從各個環節對雙目機器人抓取動態物體的算法研究進行了分析，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心的求取，并對后續雙目機器人的抓取軌跡進行了探討。筆者將分析思路借助實踐進行綜合考量，不斷嘗試、探索、修改，最終得出完善的雙目機器人抓取動態物體思路。結合現實因素分析，當前機器人參與生產這一領域在不斷擴大，整個行業處于不斷的發展階段，有良好的發展機遇，也有很多潛在的問題與等待解決的難點，筆者希望以此文，為雙目機器人的發展和整個行業的發展，提供理論支持與參考，與同業者一起，共同促進行業的長期穩定與健康發展，通過機器人代替人工，刺激經濟增長，節約勞動成本，進而提高人們的生活質量。

參考文獻

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

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

作者簡介：

張廣紀（1997-），男，漢，安徽人，大專，機電一體化專業。戚海永，江蘇建筑職業技術學院，漢。

基金項目：《雙目機器人抓取動態物體的算法研究》，徐州市科技計劃項目（KH17015）。