智能人像素描噴繪機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種食品上的素描人像噴繪機(jī)器人，屬于工業(yè)控制及商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子技術(shù)和工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展與融合，多軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制器在繪圖儀、3D打印機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等領(lǐng)域用途廣泛。其中，3D打印技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用于多項(xiàng)領(lǐng)域，而3D打印在食品行業(yè)的應(yīng)用是最被大眾期待的發(fā)展方向。但是，由于3D打印機(jī)價(jià)格昂貴，使用者需懂得3D建模，特殊原材料的稀缺等原因，目前，3D打印技術(shù)在食品行業(yè)的應(yīng)用并不廣泛。因此，本發(fā)明以機(jī)器視覺(jué)和三軸機(jī)械臂為主要控制平臺(tái)，研究可以應(yīng)用于食品上的素描人像噴繪機(jī)器人，從而提高生產(chǎn)效率，增加企業(yè)效益。通過(guò)將自動(dòng)化技術(shù)與傳統(tǒng)食品業(yè)有機(jī)結(jié)合，使門(mén)店的的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力明顯增強(qiáng)，同業(yè)知名度急劇提升，使平淡無(wú)奇的店面煥發(fā)出數(shù)碼時(shí)代的活力。這項(xiàng)技術(shù)的采用，將使得食品制作工藝徹底擺脫了傳統(tǒng)食品花樣單一的缺陷，真正做到每個(gè)食物都是獨(dú)一無(wú)二的，給食品商家創(chuàng)造了更為廣闊的發(fā)展空間。
[0003]本專(zhuān)利結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)在食品行業(yè)應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)需求，彌補(bǔ)市場(chǎng)3D打印機(jī)價(jià)格昂貴及特殊原材料的稀缺等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了智能人像噴繪機(jī)器人，可以快速搶占食品行業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)，在食品加工企業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用和廣闊的發(fā)展前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)食品花樣單一的缺陷問(wèn)題，本發(fā)明提供一種可以應(yīng)用于食品上的素描人像噴繪機(jī)器人。智能人像素描噴繪機(jī)器人可將采集得到的彩色人像圖片，經(jīng)圖像處理，轉(zhuǎn)換為素描效果，通過(guò)控制三軸機(jī)械臂繪制出清晰完整的圖像?？赏ㄟ^(guò)氣筒噴涂各類(lèi)果醬，用于食品裝飾或餐飲業(yè)裝盤(pán)裝飾；也可通過(guò)畫(huà)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]智能人像素描噴繪機(jī)器人，以運(yùn)動(dòng)控制軸卡為主導(dǎo)，配合步進(jìn)電機(jī)、變頻器和檢測(cè)傳感裝置等，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的三軸運(yùn)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)定位功能、圓弧插補(bǔ)、直線插補(bǔ)和高速計(jì)數(shù)等功能。方案以運(yùn)動(dòng)控制卡為主控核心，采用攝像頭作為檢測(cè)裝置，來(lái)獲取人像圖片，運(yùn)用圖像處理算法提取人像輪廓，并以步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行裝置來(lái)調(diào)整機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)位置，通過(guò)控制算法程序控制實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的素描噴繪動(dòng)作。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:
[0008]本發(fā)明針對(duì)3D打印技術(shù)應(yīng)用于食品行業(yè)成本昂貴，自主研發(fā)了應(yīng)用于食品上的素描人像噴繪機(jī)器人，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)采集圖像并通過(guò)圖像處理提取人像輪廓，再通過(guò)控制算法程序及運(yùn)動(dòng)控制卡、PLC控制與基于機(jī)器視覺(jué)的檢測(cè)技術(shù)以數(shù)字圖像處理技術(shù)為核心，由于其具有:(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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3D打印機(jī)低廉，能大量配置，可降低生產(chǎn)成本；(3)代替人完成食品裝飾工作，使用本機(jī)器代替人工的操作，增加了食品生產(chǎn)的趣味性，減少了人工成本的支出，從而提高生產(chǎn)效率，增加企業(yè)效益。因而本發(fā)明在食品加工企業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用和廣闊的發(fā)展前景，同時(shí)，它將自動(dòng)化技術(shù)與傳統(tǒng)食品業(yè)有機(jī)結(jié)合，使得食品制作工藝徹底擺脫了傳統(tǒng)食品花樣單一的缺陷，真正做到每個(gè)食物都是獨(dú)一無(wú)二的，給食品商家創(chuàng)造了更為廣闊的發(fā)展空間。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本發(fā)明所述的智能人像素描噴繪機(jī)器人系統(tǒng)框圖；
[0010]圖2是本發(fā)明系統(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(dòng)控制流程框圖；
[0012]圖4是本發(fā)明所述系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)控制硬件框圖
【具體實(shí)施方式】
[0013]智能人像素描噴繪機(jī)器人可將采集得到的彩色人像圖片，經(jīng)圖像處理，轉(zhuǎn)換為素描效果，通過(guò)控制三軸機(jī)械臂及氣筒噴涂繪制出清晰完整的人像。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(jué)模塊
[0015]如圖1所示，視覺(jué)模塊包括光源、光源控制器與圖像采集卡，通過(guò)光源控制器調(diào)節(jié)光源明暗，通過(guò)USB攝像機(jī)自動(dòng)捕捉較清晰圖像，通過(guò)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(jué)引導(dǎo)控制模塊
[0017]通過(guò)視覺(jué)模塊采集到的圖像，通過(guò)電腦的程序，利用邊緣檢測(cè)算法(ED算法)和圖像處理軟件halcon進(jìn)行圖像處理，以獲得清晰完整的人像輪廓。根據(jù)圖像的特點(diǎn)，采用運(yùn)動(dòng)控制卡來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)三軸機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)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)和高速計(jì)數(shù)，使用相應(yīng)插補(bǔ)運(yùn)算方法實(shí)現(xiàn)圖像輪廓的繪制。
[0018](1)圖像處理模塊
[0019]經(jīng)過(guò)圖像處理模塊流程如圖2所示，經(jīng)過(guò)圖像濾波、邊緣檢測(cè)、圖像輪廓提取、分害J、擬合得到圖像坐標(biāo)，然后編寫(xiě)運(yùn)動(dòng)控制程序?qū)崿F(xiàn)三軸機(jī)械臂的繪畫(huà)噴涂動(dòng)作。
[0020]圖像處理算法:(a) Edge Drawing (ED)是一種新型的非傳統(tǒng)的邊緣檢測(cè)算法，它實(shí)時(shí)運(yùn)行，并能產(chǎn)生高品質(zhì)的邊緣圖。傳統(tǒng)的邊緣檢測(cè)消除非邊緣的像素的方式，算法的特點(diǎn)在于采樣智能算法來(lái)連接目標(biāo)點(diǎn)，能得到簡(jiǎn)潔連貫的，一個(gè)像素寬度的矢量式邊緣圖。整個(gè)過(guò)程類(lèi)似讓一個(gè)兒童將點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的邊界連接完成一幅圖畫(huà)的游戲，給定虛線邊界，按要求繪制邊界的連接點(diǎn)。
[0021]ED算法與傳統(tǒng)的邊緣檢測(cè)算法比較，圖像處理后的圖片，線條更簡(jiǎn)潔，細(xì)節(jié)也沒(méi)有缺失，效果更好，它包含四個(gè)主要步驟:
[0022](i)通過(guò)高斯濾波抑制噪聲。
[0023](ii)計(jì)算梯度大小和邊緣方向。
[0024](iii)提取目標(biāo)點(diǎn)。
[0025](iv)智能連接目標(biāo)點(diǎn)。
[0026]ED的第一步是類(lèi)似于大多數(shù)的圖像處理方法，通過(guò)卷積圖像與高斯內(nèi)核來(lái)抑制噪聲，平滑圖像。的第二個(gè)步驟是計(jì)算梯度大小和邊緣方向地圖，梯度量值可替代梯度算子更快的計(jì)算閾值，閾值可以幫助我們抑制其中具有光滑的強(qiáng)度變化，和消除所謂的“弱”像素的圖像位置。第三步，提取檢測(cè)圖像上的特定邊緣端點(diǎn)，不必要的細(xì)節(jié)邊緣可被過(guò)濾掉。ED的最后也是最關(guān)鍵的一步是通過(guò)連接端點(diǎn)繪制他們之間的邊緣。由于邊緣圖在該步驟通過(guò)使用在前三個(gè)步驟的算法的信息構(gòu)成，連接端點(diǎn)可簡(jiǎn)單地從一個(gè)端點(diǎn)進(jìn)行漸變映射。這個(gè)過(guò)程是由計(jì)算在該算法的步驟2中的梯度大小和邊緣方向地圖得到。(b)邊緣檢測(cè)算法處理后的圖像，進(jìn)行輪廓提取采用閾值分割和骨架化算法，將算法得到的雙邊緣的像素塊圖細(xì)化為線條。(c)然后采用輪廓分割和線段擬合算法獲得后面的運(yùn)動(dòng)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)。(d)最后，為避免圖像繪制時(shí)圖像不會(huì)產(chǎn)生幾何失真(幾何畸變)，需將攝像頭與載物臺(tái)坐標(biāo)系統(tǒng)一，即通過(guò)對(duì)攝像頭與載物臺(tái)坐標(biāo)標(biāo)定后，原