23第二十三单元机器人的视觉王

1、第二十三单元机器人的视觉机器人用什么“看”世界呢？各种光电传感器都是它的视觉，但是过于简单。视觉信息是当前智能机器人最重要的信息来源。这里主要介绍的是更接近人类视觉的头传感器。头是一个独特的装置。在许多时候对它的直视地理解就是处理视觉信息。要创建一个头传感器，需要头和计算机。这就相当于的眼睛和大脑一起工作。头捕捉图像，计算机进行处理。如此可知他的准确率更高，而且更能适应环境。让制作一台简易的射击机器人吧，它一定会使梦想成真！机器人视觉是研究计算机模拟生物宏观视觉功能的科学和技术。通俗地说，就是用机器代替人眼来作测量和判断。典型的机器视觉系般包括如下部分：光源、镜头、CCd 照相机、图像处理单元

2、（或图像捕捉卡）、图像处理、监视器、通信/输入输出单元等。视觉系统的输出并非图像信号，而是经过运算处理之后的检测结果，如尺寸数据。如PC 和PLC，是失火的检测结果后，指挥运动系统或 I/O 系统执行相应的控制动作，如定位和分类。机器视觉极适用于大批量生产过程中的测量、检查和辨识，如零件装配完整性、装配尺寸精度、零件加工精度、位置/角度测量、零件识别、特性/字符识别等。其最大的应用行业为汽车、制药、电子与电气、制造、包装/食品/饮料、医学等。如对汽车加工精度的检查、高速贴片机上对电子元件的快速定位、对管脚数目的检查、对 IC 表面印字符的辨识、胶囊生产中对胶囊壁厚和外观缺陷的检查等等。乐高头的

3、录入频率最高可达 30 桢/s，一次图像效果让人非常满意。它还有内置的麦克风，用来声音。头的借口是容易插拔的 USB 接口。你可以对头进行编程控制，使它能够检测到光度、物体的运动，甚至颜色的变化。你还可以通过编程利用它做一个自动警报器，或只用来录下你不在家时室内发生的事。乐高机器人视觉系统原理如图 23-1 所示。【图】 （23-1）乐高机器人视觉系统原理头的原理和特点阅读与思考乐高头具有以下功能：USB 接口（5m 长的连线）焦距可调内置麦克风最高速度 30 桢/s最大图像尺寸 320 像素240 像素支持多种，包括 ROBOLAB、LEGO Cam software、MS NetMeeti

4、ng 等等。在任一级别的 ROBOLAB 编程环境中都可以使用乐高头。当需要使用时，可以打开一个多窗口，来显示头中看到的图像。头的接头必须连接在电脑的 USB 接口上，头本身可以在女装在任何地方，包括运动的机器人上面，或只固定在桌子上。由于头是与电脑相连的，所以它的位置和运动都要受到它的电缆长度地限制。头看到的图像通过电缆传输到影像中心的窗口中。无论 RCX 是否运行，头上看到的图像都是不停的更新的。头是唯一不与 RCX 直接相连的传感器，因为 RCX 无法直接处理图像，只能借助计算机将头捕捉的图像转变成一个数字/头传感器的值，然后将这个值保存到红、黄、蓝容器中，通过编程将数据传到 RCX 中

5、。图像处理过程如图 23-2 所示利用头捕捉图象进行图象处理并将数据保存到容器中进行编程，将数据到RCX 中，然后完成相应的任务【图】 （23-2）图像处理ROBOLAB中提供了 8 种图像处理方法，如图 23-3在 ROBOLAB 中控制乐高头【图】 （23-3）图像处理八种方法为什么需要视觉系统？据统计，人类获得的信息有90%以上的来自于视觉（眼睛），可见视觉对人类的重要性。做一个很简单的试验，你先站立起来，然后闭上你的眼睛，现在，将你的一只脚提起，看一看你能支持多久，一般人很快就支持不住了，这是因为没有眼睛给你定位，如此简单的一个动作，同样需要视觉，可以想象它的重要性。在很多领域里，机器

6、视觉同样重要，在工业领域，机器视觉可以用于产品质量检测、分类，机器人定位，包装，在医疗领域里，机器视觉可以用于病理分析、细胞统计，在交通领域里，机器视觉可以用于集装箱的管理、交通事故判别、无需停车的。图23-4是一个工业用的机器视觉系统的系统图：【图】 （23-4）工业用的机器视觉系统补充阅读在汽车焊接工厂里，大量使用机器人来焊接，效率大大提高，但是，如何检测机器人焊接的质量呢？同样可以使用机器视觉系统。我曾经参观过一个啤酒瓶瓶盖的生产现场，每一条生产线在1秒钟就能生产40个瓶盖，在这些瓶盖中，有很小一部分质量有问题，例如密封圈不全、瓶盖印字不清楚等等。想象一下，如果使用人来检验，需要多少个人

7、？100个？10000个？幸运的是，使用机器视觉，只要一套就可以了。也许你不相信，一瓶啤酒生产出来，只要通过十套机器视觉系统瓶子质量检测、瓶盖检测、液面检测在日常生活中，最常见的机器视觉系统就是超市中的条形码阅读机（几乎每一个超市的工作都由它完成！）。活动一、制作一个简易的射击机器人以头作为眼睛，计算机作为大脑，RCX 作为小脑，进行处理，寻找最亮点（靶心），并执行射击。参考图 23-5。使用器材：PC 电脑，一台乐高微电脑 RCX，一个乐高普通马达，三个乐高头传感器，一个乐高积木，若干1、利用乐高积木搭建一个可以水平和垂【图】 （23-5）射击机器人直旋转（不超过 180 度）的结构。水平和

8、垂直执行机构各使用一个马达。2、在此结构前端固定乐高头。3、在此结构顶端设计一个发射结构（可以利用弹簧，皮筋，气动等），用来发射“（最小块乐高积木）”。使用一个乐高马达。右侧为参考图。4、另准备一个大一些的包装纸盒，将其一面设计成靶环形状。实践与思考想想，试一试：看看发射结构的角度应该是怎样才能达到最好的效果呢？5、在 PC 机上使用 ROBOLAB 编制和调试程序。（1）整体程序（如图 23-6）【图】 （23-6）总程序(2)水平寻找最亮点（如图 23-7）【图】 （23-7）水平寻找最亮点（3）垂直寻找最亮点（如图 23-8）思考一：容器中为何减去 160？【图】 （23-8）垂直寻找最

9、亮点分支结构中选定-10 到 10，是给定一个搜寻范围。调节左偏右偏得情况。(4)射击执行机构（如图 23-9）【图】 （23-9）(5)视觉中心需找最亮点（如图 23-10）【图】 （23-10）红色容器为最亮点像素值，蓝色容器为最亮点垂直坐标（Y），黄色容器为最亮点水平坐标（X）。6、利用射击机器人组织一场射击比赛（规则自定）思考二：红黄蓝容器在图像处理方法 3 种表示什么含义？用自己的话讲讲机器视觉？说出 ROBOLAB 图像处理的方法都有哪些？在 ROBOLAB 程序中标注出蓝色和黄色容器的含义？请说出程序的基本设计思路。：乐高组件和 ROBOLAB在工程学中的应用思考题提示：一、因为机读的图像的尺寸是 320240, 靶心在图像的正中心，所以水平方向上寻找时要减去 160，找图像中心附近的点。垂直方向上要减去120。二头是唯一不与 RCX 直接相连的传感器，因为