过短、过密导致无法绘制出图片细节，以及尺寸较大的图片导致防机械臂运动超出绘图范围，无法控制。需通过图片的比例缩放，获得了较好的图像效果。
[0028](c)线段排序:
[0029]为使三轴机械绘图具有一定的顺序，形成较快的效率，同时，绘制较好的组成连贯的线条，避免产生偏差。程序设计需考虑对轮廓分割的线段进行排序，使三轴机械臂按坐标相近的线段或圆弧绘制图像，从而提高运动效率。
[0030](d)圆弧方向判断:
[0031]对于圆弧轮廓分割时，通过计算获得圆弧的起始和终点坐标，并判断圆弧的正负方向，否则易导致绘制的图像混乱。
[0032](3)速度控制模块
[0033]在本发明中，通过将插补与速度控制结合，处理图像素描的绘制问题，实现图像不规则形状轮廓的勾画，深浅、粗细的素描效果，以及从而得到连贯清晰逼真的图像。其中，需要考虑如下步骤:(a)判断线段的粗细，若轮廓线为较粗线段或图像为阴影部分时，则三轴机械臂运行速度变慢，即气管喷涂量增大。(b)当图像线段为起始线段或线段中的有锐角拐角的线段连接，为避免匀速控制出现的抖动、震动、所画线段不匀称等问题，则采用S型加减速控制方式，从而得到更加平滑的绘制线条效果。
[0034]3.运动控制模块
[0035]如图3所示，包括三轴机械臂、运动控制卡、传送带、PLC以及用于喷绘图像控制的气路控制器和喷管。其中，(a)运动控制卡的三轴输出连接三轴机械臂里的电机驱动器；(b)三轴电机驱动器输出与步进电机相连，用于驱动三轴机械臂的X、Y、Z轴运动；(c)运动控制卡的远端扩充模组连接PLC、触摸屏等其他设备；(d)气路控制器的电磁阀输出连接喷管，控制喷绘量，喷管装载在三轴机械臂的Z轴上。
[0036]本发明充分利用先进的视觉检测技术、数字图像处理技术、运动控制、智能算法等，通过运动控制卡、电机驱动器、步进电机与PLC控制，在画纸或装饰上绘制完整清晰的人物或图像素描。本发明结合自动化技术在艺术行业应用的现实需求，将自动化技术与传统装饰业有机结合，使得装饰品或艺术品绘制工艺摆脱了花样单一的缺陷，根据客户对图案的需求，只需提供照片就可通过机器绘制出素描效果，做到使每个装饰品都是独一无二艺术品，给装饰品商家创造了更为广阔的发展空间。在装饰品加工企业生产及其他艺术品绘制等产业中有着广泛的应用和广阔的发展前景。
【主权项】
1.该系统包括视觉模块、视觉引导控制模块、运动控制模块。所述智能艺术喷绘机器人系统的视觉模块的输出端通过USB摄像机和图像采集卡与视觉引导控制模块连接，视觉引导控制模块的输出通过运动控制卡与运动控制模块连接，运动控制卡的三轴输出连接三轴机械臂里的电机驱动器;三轴电机驱动器输出与步进电机相连，用于驱动三轴机械臂的X、Y、Z轴运动;运动控制卡的远端扩充模组连接PLC、触摸屏等其他设备。2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的智能艺术喷绘机器人系统，其特征在于:所述视觉模块包括光源、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。3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的智能喷艺术绘机器人系统，其特征在于:所述视觉引导控制模块包括图像处理模块、控制算法模块和速度控制模块。图像处理模块包括图像滤波(阴影提取)、边缘检测、图像轮廓提取、分割、拟合得到图像信息，控制算法模块通过编写运动控制程序实现三轴机械臂的绘画喷绘动作。速度控制模块通过将插补算法与S型加减速控制相结合，保证系统在启动或者停止时不产生冲击、失步、超程或者振荡，得到更加平滑的运动效果，实现图像不规则形状轮廓的勾画，阴影，深浅、粗细的素描效果，以及图像细节中的如锐角拐角等，从而得到连贯清晰逼真的艺术图像。4.权利要求3中所述的基于机器视觉的智能艺术喷绘机器人系统的图像处理算法和控制算法，具体包括以下步骤: (1)边缘检测算法采用EdgeDrawing算法，克服了传统图像处理算法中会出现的断点现象，简化边缘提取中双像素转化为单像素的过程； (2)程序控制算法通过视觉引导控制器的程序控制进行相应的三轴运动。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X、Y、Z轴配合运动；(i i i)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。此外，绘制图像还需要考虑如下步骤:(a)连续插补；(b)图片比例缩放；(C)线段排序；⑷圆弧方向判断；(e)速度控制喷管喷绘量，即控制绘制线段的粗细。5.根据权利要求4所述的智能喷绘艺术机器人控制方法，其特征在于:(I)权利要求4所述的步骤(2)包括:以运动控制卡为主控核心，可同时实现任意三轴直线插补、任意两周圆弧插补及任意连续插补功能。(2)运用步进电机作为执行装置来调整机械手臂位置，通过程序控制实现机械手臂的素描喷绘动作。(3)同时，根据图像轮廓和阴影的不同，选择喷管里的不同性质的喷绘颜料，从而可在装饰品上展现清晰逼真的图案，可以适应各种形状的绘制喷涂，提供简单高效的个性化服务。
【专利摘要】本发明公开了一种应用于各种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系统，本发明研究的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景物或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，让艺术画作更加形象逼真，并通过线段插补算法和运行速度控制气筒的喷涂量，从而达到清晰连贯的绘画效果。本发明结合了先进的计算机硬件、计算机视觉系统和人工智能，使用本机器代替人工的操作，机器人绘画一幅画耗时不超过10分钟，其速度远远超过街头艺术家，同时，增加了艺术装饰品生产的趣味性，可快速抢占艺术装饰品行业应用市场，有广泛的应用和广阔的发展前景。
【IPC分类】B41J29/393, B41J3/44, B41J2/01
【公开号】CN105437768
【申请号】CN201510579525
【发明人】陈岚萍, 徐守坤, 马正华, 陈阳, 封晓鸣, 周文涛
【申请人】常州大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年9月13日