一種基于圖像處理的自動識別和定位擺棋機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)，具體是一種基于圖像處理的自動識別和定位擺棋機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，象棋機(jī)器人視覺已經(jīng)應(yīng)用到下棋過程中，但在開局?jǐn)[棋過程上，由于棋子放置位置的隨意性，象棋機(jī)器人大都采用人工擺好棋子，然后才是機(jī)器人自己下棋，這樣的象棋機(jī)器人的下棋效率低，擺棋需要人為干預(yù)，不利于象棋機(jī)器人的通用性和推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為此，本發(fā)明所要解決的問題是提供一種基于圖像處理的自動識別和定位擺棋機(jī)器人，該機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了對棋子進(jìn)行定位、識別和擺放等一系列動作，還具備將放反了的棋子進(jìn)行翻轉(zhuǎn)并重新定位、擺放的功能。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種基于圖像處理的自動識別和定位擺棋機(jī)器人，包括機(jī)械系統(tǒng)和與機(jī)械系統(tǒng)連接的視覺系統(tǒng)；
視覺系統(tǒng)包括圖像采集裝置和與該裝置連接的環(huán)形低角度LED光源；
機(jī)械系統(tǒng)包括傳動機(jī)構(gòu)和與傳動機(jī)構(gòu)連接的機(jī)器人載體;其中:
所述傳動機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)、擋板、光電傳感器和分別與步進(jìn)電機(jī)連接的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及傳送帶連接構(gòu)成，步進(jìn)電機(jī)帶動傳送帶運(yùn)動傳送棋子;翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上設(shè)有吸嘴將棋子固定、翻轉(zhuǎn)后，落到傳送帶上重新進(jìn)行傳送;擋板分別設(shè)置在傳送帶兩側(cè)，在擋板上分別設(shè)有光電傳感器，當(dāng)棋子經(jīng)傳送帶到達(dá)擋板中央時，光電傳感器感知棋子，并控制棋子繼續(xù)向前運(yùn)動至圖像采集裝置視野范圍內(nèi)，傳送帶停止運(yùn)轉(zhuǎn)；
所述機(jī)器人載體包括從下至上順序連接的第一關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)、第四關(guān)節(jié)、第五關(guān)節(jié)、第六關(guān)節(jié)和抓棋吸嘴，每個關(guān)節(jié)分別與對應(yīng)的傳動機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、關(guān)節(jié)電機(jī)連接。
[0005]所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括能水平、垂直自由旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸、分別與每個關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸連接的關(guān)節(jié)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)臂，關(guān)節(jié)電機(jī)與關(guān)節(jié)電氣系統(tǒng)連接。
[0006]所述關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸從下至上分別為第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸、第二關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸、第三關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸、第四關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸、第五關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸、第六關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸，抓棋吸嘴與第六關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸連接，通過相應(yīng)的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動，控制抓棋吸嘴在三維空間內(nèi)伸縮靈活并準(zhǔn)確抓取象棋；其中:
第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸平行于水平面做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，運(yùn)動角度范圍為240°，最大運(yùn)動速度為420%；
第二關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸垂直于水平面做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，運(yùn)動角度范圍為120°，最大運(yùn)動速度為300%； 第三關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸垂直于水平面做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，運(yùn)動角度范圍為164°，最大運(yùn)動速度為250%；
第四關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸垂直于水平面做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，運(yùn)動角度范圍為200°，最大運(yùn)動速度為540%；
第五關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸平行于水平面做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，運(yùn)動角度范圍為120°，最大運(yùn)動速度為620%；
第六關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸垂直于水平面做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，運(yùn)動角度范圍為360°，最大運(yùn)動速度為720%；
所述關(guān)節(jié)電機(jī)分別與每個關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸連接，內(nèi)部設(shè)置有失電制動器和減速器，由直流伺服電機(jī)驅(qū)動，分別控制每個關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸運(yùn)動，其供電電源和功率分別為24v和400w，其中:減速器為諧波減速器。
[0007]所述圖像采集裝置設(shè)置在距離地面70cm的固定架上；固定架固定在傳動機(jī)構(gòu)的左邊。
[0008]所述環(huán)形低角度LED光源位于圖像采集裝置正下方1cm處，所提供的正光源為紅光，使象棋表面的文字或圖案清晰，背光源使象棋的輪廓清晰。
[0009]所述傳送帶內(nèi)部還設(shè)置有平行光源，用于為相機(jī)提供背光，以利于工件邊緣的識別。
[0010]本發(fā)明的工作過程如下:
整個裝置初始化完成之后，棋子落到傳動機(jī)構(gòu)的傳送帶上，傳送帶載著棋子向前方移動。在擋板兩側(cè)安裝有光電傳感器，當(dāng)棋子經(jīng)過擋板中央時，光電傳感器會感知到棋子，控制棋子繼續(xù)向前運(yùn)動至圖像采集裝置視野范圍內(nèi)后，傳送帶停止運(yùn)轉(zhuǎn)。在視野范圍內(nèi)給予一定的正光源和背光源，圖像采集裝置獲得棋子的初始圖像。將獲得原始圖像進(jìn)行灰度處理，得到棋子原始圖像的灰度圖片，根據(jù)顏色深淺區(qū)分雙方棋子，運(yùn)用SIFT算法對得到的待識別圖像進(jìn)行處理，識別圖像上的棋子，并對識別出的棋子進(jìn)行計(jì)算出其相對圖片上的坐標(biāo)，再根據(jù)圖像坐標(biāo)和實(shí)際坐標(biāo)的關(guān)系，將其坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成實(shí)際坐標(biāo)。將計(jì)算得出的棋子實(shí)際坐標(biāo)發(fā)送到終端控制計(jì)算機(jī)，終端控制計(jì)算機(jī)控制機(jī)械臂吸取并擺放棋子。棋子擺放完畢后，機(jī)械臂將回到初始位置并等待下一次識別和抓取。若棋子正面朝下，則控制機(jī)械臂抓取棋子放入翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)具有吸嘴，可將物料固定，并將棋子翻轉(zhuǎn)后落在傳送帶上重新進(jìn)行傳送。若多個棋子同時進(jìn)入到圖像采集裝置視野內(nèi)，則不識別棋子，傳送帶繼續(xù)傳送并將多個棋子送出傳動機(jī)構(gòu)。
[0011]所述的SIFT算法為尺度不變特征變換算法，S卩:是一種提取局部特征的算法，在尺度空間尋找極值點(diǎn)，提取位置，尺度，旋轉(zhuǎn)不變量。運(yùn)用SIFT算法提取的SIFT特征點(diǎn)向量具有如下優(yōu)點(diǎn):獨(dú)特性好，信息量豐富，適用于在海量特征數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的匹配;多量性，即使少數(shù)的幾個物體也可以產(chǎn)生大量SIFT特征向量。為現(xiàn)有技術(shù)。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明利用視覺系統(tǒng)進(jìn)行檢測，可以讓機(jī)器人自動識別要抓取棋子的位置，從而賦予了機(jī)器人運(yùn)動更大的靈活性。通過在傳送帶裝置上方加裝一套圖像采集裝置來自動檢測象棋的顏色，文字，然后對獲取的圖像進(jìn)行自動處理、檢測與識別，傳送帶的旁邊裝有一套機(jī)器人載體，根據(jù)視覺系統(tǒng)處理得到的結(jié)果吸取和擺放棋子，或者放入翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)棋子，大大提高了擺棋的效率和準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了象棋的開局?jǐn)[棋的自動化，突破了以往象棋機(jī)器人不能自動擺棋的缺點(diǎn)，不需要人為擺棋的干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了真正的擺棋自動化。另外本發(fā)明是以機(jī)器人的擺放棋子為平臺，實(shí)現(xiàn)圖像采集、處理、識別、定位等關(guān)鍵技術(shù)的融合，可以運(yùn)用于其他領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)簡單、自動化程度高，適應(yīng)性強(qiáng)，具有廣闊的前景。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)連接示意圖；
圖2為機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明識別棋子的程序流程圖；
圖4是系統(tǒng)運(yùn)作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行闡述，但不是對本
【發(fā)明內(nèi)容】
的限定。
[0015]如圖1、圖2所示，本發(fā)明一種基于圖像處理的自動識別和定位擺棋機(jī)器人，包括視覺系統(tǒng)、機(jī)器人載體、傳動機(jī)構(gòu)，其中:
視覺系統(tǒng)由固定在固定架I上的CCD相機(jī)2和環(huán)形低角度LED光源3構(gòu)成，CXD相機(jī)2通過數(shù)據(jù)傳輸線與終端控制計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)采集卡相連接;CCD相機(jī)2設(shè)置在距離地面70cm的架子I上；固定架I固定在傳動機(jī)構(gòu)的左邊;環(huán)形低角度LED光源3位于CCD相機(jī)2正下方1cm處，所提供的正光源為紅光，使象棋表面的文字或圖案清晰，背光源使象棋的輪廓清晰。
[0016]傳動機(jī)構(gòu)包括支架17、步進(jìn)電機(jī)4，傳送帶5，擋板7，光電傳感器6，上料口滑槽10和翻料機(jī)構(gòu)8;棋子19通過上料口滑槽10滑入傳送帶5，步進(jìn)電機(jī)4帶動傳送帶5運(yùn)動傳送棋子19;翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)8上設(shè)有吸嘴9，若棋子正面朝下，則通過該吸嘴9將棋子19固定、翻轉(zhuǎn)到正面后，落到傳送帶5上重新進(jìn)行傳送;擋板7分別設(shè)置在傳送帶5兩側(cè)，在擋板7上分別設(shè)有光電傳感器6，當(dāng)棋子19經(jīng)傳送帶5到達(dá)擋板7中央時，光電傳感器6感知棋子19，并控制棋子19繼續(xù)向前運(yùn)動至圖像采集裝置視野范圍內(nèi)，傳送帶5停止運(yùn)轉(zhuǎn);整個傳動機(jī)構(gòu)部分主要用于實(shí)現(xiàn)棋子19的進(jìn)退、翻轉(zhuǎn)等功能。另外，在傳送帶5內(nèi)部還安裝有平行光源，用于為相機(jī)提供背光，以利于工件邊緣的識別。
[0017]機(jī)器人載體是整體系統(tǒng)的柔性機(jī)械手部分，從下至上是機(jī)械臂基座18、肩部16、上臂15、肘部14、前臂13、腕部12和抓棋吸嘴11依次通過對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由能水平、垂直四維度自由旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸、與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸連接的關(guān)節(jié)電機(jī)、光電機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)臂組成，關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸從下至上分為第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸26、第二關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸25、第三關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸24、第四關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸23，第五節(jié)轉(zhuǎn)動軸22和第六節(jié)轉(zhuǎn)動軸21(如圖2所示)，各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸順序串聯(lián)，由全直流伺服電機(jī)驅(qū)動，其中:
第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸26平行于水平面做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，運(yùn)