基于机器视觉的智能艺术喷绘机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种装饰品上的基于机器视觉的智能艺术喷绘机器人，属于工业及商业应用领域。
【背景技术】
[0002]很多人小时候都非常喜欢画画，或是人物，或是一些可爱的小动物。然而随着我们的成长，曾经绘画的兴趣也渐行渐远，绘画技巧已渐渐生疏，只有对艺术家绘画的崇拜和羡慕。随着人工智能的发展，机器人在越来越多的领域“崭露头角”，其应用范围逐渐扩大，从工业领域扩大到各行各业。能否让机器人帮助我们实现绘画的梦想，把照片画成素描，可将它作为一件艺术品或独一无二的装饰品收藏。但目前鲜见对艺术绘画机器人的研究，由于其控制难度高，将成为机器人控制研究的新领域。
[0003]本发明结合自动化技术，设计一种可以应用于纪念品或装饰品上的基于机器视觉的智能艺术喷绘机器人，弥补艺术家绘画价格昂贵、耗时等缺点，这款智能艺术喷绘机器人可以通过内置的编程软件将摄像机捕捉的人物影像处理成明暗对比强烈的图像，再通过复杂算法控制手臂“握”笔喷绘出所见场景或人像。值得一提的是，它能自动捕捉景物阴影或人物脸部阴影等细节，让艺术画作更加形象逼真，并通过运行速度控制气筒的喷涂量，从而达到清晰连贯的艺术绘画效果。由于其具有以下特点:(I)结构简单、维修方便、安全系数高；(2)可供普通用户操作，价格相较艺术家绘画低廉，且效率高，可降低成本；(3)代替人完成装饰品装饰工作，使用本机器代替人工的操作，增加了装饰品生产的趣味性，减少了人工成本的支出。因而可以快速抢占装饰品行业应用市场，在艺术装饰品加工生产中有着广泛的应用和广阔的发展前景。
【发明内容】
[0004]基于机器视觉的智能艺术喷绘机器人可将采集得到的彩色图片，经图像处理，转换为艺术素描效果，通过控制三轴机械臂及加载在上面的气筒喷绘出清晰完整的艺术图像，用于装饰业艺术装饰;也可通过画笔，进行纪念品绘制等。具有个性化定制，趣味十足；低成本，高回报;适用性广，安全稳定等特点。
[0005]本发明的技术方案是:
[0006]基于机器视觉的智能艺术喷绘机器人，以运动控制轴卡为主导，配合步进电机、变频器和检测传感装置等，通过机械手臂的三轴运动控制，实现定位功能、圆弧插补、直线插补，同时考虑速度控制气量，即控制喷绘线段粗细效果等功能。方案以运动控制卡为主控核心，采用摄像头作为检测装置，来获取人像图片，运用图像处理算法提取人像轮廓，并运用步进电机作为执行装置来调整机械手臂位置，通过控制算法编程控制实现机械手臂的艺术素描喷绘动作。
[0007]本发明的有益效果是:
[0008]本发明针对艺术家绘画成本昂贵，自主研发了应用于装饰品上的基于机器视觉的智能艺术喷绘机器人，通过机器视觉采集图像，并通过图像处理算法提取图像轮廓，再通过控制算法程序及运动控制卡、PLC控制与三轴机械臂运动绘制素描图像，在装饰加工企业生产中有着广泛的应用和广阔的发展前景从而提高生产效率，增加企业效益。艺术素描喷绘机器人将自动化技术与传统装饰业有机结合，使得装饰制作工艺彻底摆脱了传统装饰品花样单一的缺陷，真正做到每个装饰品都是独一无二的艺术收藏品，给装饰品商家创造了更为广阔的发展空间。
【附图说明】
[0009]图1是本发明所述的基于机器视觉的智能艺术喷绘机器人系统框图；
[0010]图2是本发明所述系统中的智能图像处理的流程框图；
[0011]图3是本发明所述系统中的运动控制硬件框图；
[0012]图4是本发明所述系统中的运动控制流程框图
【具体实施方式】
[0013]基于机器视觉的智能艺术喷绘机器人可将采集得到的彩色图片，经图像处理，转换为艺术素描效果，通过控制三轴机械臂及气筒喷涂出清晰完整逼真的图像。图1是本发明所述的整个系统框图，包括如下模块:
[0014]1.视觉模块
[0015]如图1所示，视觉模块包括光源、光源控制器与图像采集卡，通过光源控制器调节光源明暗，通过USB摄像机自动捕捉较清晰图像，通过图像采集卡将拍摄的图像传送至电脑，进行图像处理。
[0016]2.视觉引导控制模块
[0017]利用VC++编程和图像处理halcon软件进彳丁图像处理，以获得清晰完整的图像轮廊及阴影部分。根据图像的特点，采用运动控制卡实现对三轴机械臂的运动控制及气量控制，分析特定点的位置，实现定位功能、圆弧插补、直线插补，使用相应插补运算和喷涂气量控制线段粗细方法实现图像的绘制。
[0018](D图像处理模块
[0019]图像处理模块流程如图2所示，包括图像阴影部分提取与轮廓提取，经过图像滤波、边缘检测、图像轮廓提取、分割、拟合得到图像坐标，然后编写运动控制程序实现三轴机械臂的艺术喷绘动作。
[0020]图像处理算法:(a)锐化滤波对图像进行锐化处理，提取图像阴影部分。(b)边缘检测算法Edge Drawing(ED)算法，采用智能算法来连接目标点，得到简洁连贯的，一个像素宽度的矢量式边缘图。(c)轮廓提取采用阈值分割和骨架化算法，将ED算法得到的双边缘的像素块图细化为线条。(d)然后采用轮廓分割和线段拟合算法获得后面的运动控制模块绘制图像所需要的线段起始点坐标和终点坐标。(e)坐标转换将摄像头与载物台坐标系统一，可避免图像绘制时图像几何失真(几何畸变)，使三轴机械臂喷绘的图像清晰完整。
[0021](2)控制算法实现
[0022]运动控制流程如图4所示，通过视觉引导控制器的程序控制进行相应的动作。其中，(i)通过相机获取图像坐标，再通过图像处理软件halcon进行坐标标定，即将图像坐标转换为喷绘图像的载物台坐标；(ii)三轴电机驱动器通过脉冲控制三轴步进电机进行Χ、γ、Z轴配合运动；(iii)判断坐标点是线段起始点或锐角拐角，步进电机进行S型加速运动，否则进行匀速运动；(iv)图像轮廓绘制时，喷管里装液体颜料喷绘，阴影部分绘制时，喷管里装固体颗粒状颜料粉喷绘。
[0023]此外，绘制图像过程中，还需要考虑如下步骤:
[0024](a)插补算法
[0025]若为轮廓线，判断是直线还是圆弧，选择直线插补或圆弧插补;其次要判断是否为第一个起始点，还是可与上一段相连的线段，从而选择是否使用连续插补。
[0026](b)图片比例缩放:
[0027]为避免尺寸过小的图片经过图像处理后，线段