基于機(jī)器視覺的智能藝術(shù)噴繪機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種裝飾品上的基于機(jī)器視覺的智能藝術(shù)噴繪機(jī)器人，屬于工業(yè)及商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]很多人小時(shí)候都非常喜歡畫畫，或是人物，或是一些可愛的小動物。然而隨著我們的成長，曾經(jīng)繪畫的興趣也漸行漸遠(yuǎn)，繪畫技巧已漸漸生疏，只有對藝術(shù)家繪畫的崇拜和羨慕。隨著人工智能的發(fā)展，機(jī)器人在越來越多的領(lǐng)域“嶄露頭角”，其應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，從工業(yè)領(lǐng)域擴(kuò)大到各行各業(yè)。能否讓機(jī)器人幫助我們實(shí)現(xiàn)繪畫的夢想，把照片畫成素描，可將它作為一件藝術(shù)品或獨(dú)一無二的裝飾品收藏。但目前鮮見對藝術(shù)繪畫機(jī)器人的研究，由于其控制難度高，將成為機(jī)器人控制研究的新領(lǐng)域。
[0003]本發(fā)明結(jié)合自動化技術(shù)，設(shè)計(jì)一種可以應(yīng)用于紀(jì)念品或裝飾品上的基于機(jī)器視覺的智能藝術(shù)噴繪機(jī)器人，彌補(bǔ)藝術(shù)家繪畫價(jià)格昂貴、耗時(shí)等缺點(diǎn)，這款智能藝術(shù)噴繪機(jī)器人可以通過內(nèi)置的編程軟件將攝像機(jī)捕捉的人物影像處理成明暗對比強(qiáng)烈的圖像，再通過復(fù)雜算法控制手臂“握”筆噴繪出所見場景或人像。值得一提的是，它能自動捕捉景物陰影或人物臉部陰影等細(xì)節(jié)，讓藝術(shù)畫作更加形象逼真，并通過運(yùn)行速度控制氣筒的噴涂量，從而達(dá)到清晰連貫的藝術(shù)繪畫效果。由于其具有以下特點(diǎn):(I)結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、安全系數(shù)高；(2)可供普通用戶操作，價(jià)格相較藝術(shù)家繪畫低廉，且效率高，可降低成本；(3)代替人完成裝飾品裝飾工作，使用本機(jī)器代替人工的操作，增加了裝飾品生產(chǎn)的趣味性，減少了人工成本的支出。因而可以快速搶占裝飾品行業(yè)應(yīng)用市場，在藝術(shù)裝飾品加工生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用和廣闊的發(fā)展前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于機(jī)器視覺的智能藝術(shù)噴繪機(jī)器人可將采集得到的彩色圖片，經(jīng)圖像處理，轉(zhuǎn)換為藝術(shù)素描效果，通過控制三軸機(jī)械臂及加載在上面的氣筒噴繪出清晰完整的藝術(shù)圖像，用于裝飾業(yè)藝術(shù)裝飾;也可通過畫筆，進(jìn)行紀(jì)念品繪制等。具有個(gè)性化定制，趣味十足；低成本，高回報(bào);適用性廣，安全穩(wěn)定等特點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]基于機(jī)器視覺的智能藝術(shù)噴繪機(jī)器人，以運(yùn)動控制軸卡為主導(dǎo)，配合步進(jìn)電機(jī)、變頻器和檢測傳感裝置等，通過機(jī)械手臂的三軸運(yùn)動控制，實(shí)現(xiàn)定位功能、圓弧插補(bǔ)、直線插補(bǔ)，同時(shí)考慮速度控制氣量，即控制噴繪線段粗細(xì)效果等功能。方案以運(yùn)動控制卡為主控核心，采用攝像頭作為檢測裝置，來獲取人像圖片，運(yùn)用圖像處理算法提取人像輪廓，并運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行裝置來調(diào)整機(jī)械手臂位置，通過控制算法編程控制實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的藝術(shù)素描噴繪動作。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:
[0008]本發(fā)明針對藝術(shù)家繪畫成本昂貴，自主研發(fā)了應(yīng)用于裝飾品上的基于機(jī)器視覺的智能藝術(shù)噴繪機(jī)器人，通過機(jī)器視覺采集圖像，并通過圖像處理算法提取圖像輪廓，再通過控制算法程序及運(yùn)動控制卡、PLC控制與三軸機(jī)械臂運(yùn)動繪制素描圖像，在裝飾加工企業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用和廣闊的發(fā)展前景從而提高生產(chǎn)效率，增加企業(yè)效益。藝術(shù)素描噴繪機(jī)器人將自動化技術(shù)與傳統(tǒng)裝飾業(yè)有機(jī)結(jié)合，使得裝飾制作工藝徹底擺脫了傳統(tǒng)裝飾品花樣單一的缺陷，真正做到每個(gè)裝飾品都是獨(dú)一無二的藝術(shù)收藏品，給裝飾品商家創(chuàng)造了更為廣闊的發(fā)展空間。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明所述的基于機(jī)器視覺的智能藝術(shù)噴繪機(jī)器人系統(tǒng)框圖；
[0010]圖2是本發(fā)明所述系統(tǒng)中的智能圖像處理的流程框圖；
[0011]圖3是本發(fā)明所述系統(tǒng)中的運(yùn)動控制硬件框圖；
[0012]圖4是本發(fā)明所述系統(tǒng)中的運(yùn)動控制流程框圖
【具體實(shí)施方式】
[0013]基于機(jī)器視覺的智能藝術(shù)噴繪機(jī)器人可將采集得到的彩色圖片，經(jīng)圖像處理，轉(zhuǎn)換為藝術(shù)素描效果，通過控制三軸機(jī)械臂及氣筒噴涂出清晰完整逼真的圖像。圖1是本發(fā)明所述的整個(gè)系統(tǒng)框圖，包括如下模塊:
[0014]1.視覺模塊
[0015]如圖1所示，視覺模塊包括光源、光源控制器與圖像采集卡，通過光源控制器調(diào)節(jié)光源明暗，通過USB攝像機(jī)自動捕捉較清晰圖像，通過圖像采集卡將拍攝的圖像傳送至電腦，進(jìn)行圖像處理。
[0016]2.視覺引導(dǎo)控制模塊
[0017]利用VC++編程和圖像處理halcon軟件進(jìn)彳丁圖像處理，以獲得清晰完整的圖像輪廊及陰影部分。根據(jù)圖像的特點(diǎn)，采用運(yùn)動控制卡實(shí)現(xiàn)對三軸機(jī)械臂的運(yùn)動控制及氣量控制，分析特定點(diǎn)的位置，實(shí)現(xiàn)定位功能、圓弧插補(bǔ)、直線插補(bǔ)，使用相應(yīng)插補(bǔ)運(yùn)算和噴涂氣量控制線段粗細(xì)方法實(shí)現(xiàn)圖像的繪制。
[0018](D圖像處理模塊
[0019]圖像處理模塊流程如圖2所示，包括圖像陰影部分提取與輪廓提取，經(jīng)過圖像濾波、邊緣檢測、圖像輪廓提取、分割、擬合得到圖像坐標(biāo)，然后編寫運(yùn)動控制程序?qū)崿F(xiàn)三軸機(jī)械臂的藝術(shù)噴繪動作。
[0020]圖像處理算法:(a)銳化濾波對圖像進(jìn)行銳化處理，提取圖像陰影部分。(b)邊緣檢測算法Edge Drawing(ED)算法，采用智能算法來連接目標(biāo)點(diǎn)，得到簡潔連貫的，一個(gè)像素寬度的矢量式邊緣圖。(c)輪廓提取采用閾值分割和骨架化算法，將ED算法得到的雙邊緣的像素塊圖細(xì)化為線條。(d)然后采用輪廓分割和線段擬合算法獲得后面的運(yùn)動控制模塊繪制圖像所需要的線段起始點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)。(e)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換將攝像頭與載物臺坐標(biāo)系統(tǒng)一，可避免圖像繪制時(shí)圖像幾何失真(幾何畸變)，使三軸機(jī)械臂噴繪的圖像清晰完整。
[0021](2)控制算法實(shí)現(xiàn)
[0022]運(yùn)動控制流程如圖4所示，通過視覺引導(dǎo)控制器的程序控制進(jìn)行相應(yīng)的動作。其中，(i)通過相機(jī)獲取圖像坐標(biāo)，再通過圖像處理軟件halcon進(jìn)行坐標(biāo)標(biāo)定，即將圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為噴繪圖像的載物臺坐標(biāo)；(ii)三軸電機(jī)驅(qū)動器通過脈沖控制三軸步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行Χ、γ、Z軸配合運(yùn)動；(iii)判斷坐標(biāo)點(diǎn)是線段起始點(diǎn)或銳角拐角，步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行S型加速運(yùn)動，否則進(jìn)行勻速運(yùn)動；(iv)圖像輪廓繪制時(shí)，噴管里裝液體顏料噴繪，陰影部分繪制時(shí)，噴管里裝固體顆粒狀顏料粉噴繪。
[0023]此外，繪制圖像過程中，還需要考慮如下步驟:
[0024](a)插補(bǔ)算法
[0025]若為輪廓線，判斷是直線還是圓弧，選擇直線插補(bǔ)或圓弧插補(bǔ);其次要判斷是否為第一個(gè)起始點(diǎn)，還是可與上一段相連的線段，從而選擇是否使用連續(xù)插補(bǔ)。
[0026](b)圖片比例縮放:
[0027]為避免尺寸過小的圖片經(jīng)過圖像處理后，線段