一种具有较短路径的机器人图像绘制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种图像绘制方法，尤其涉及一种具有较短路径的机器人图像绘制方 法。
【背景技术】
[0002] 绘图是一项很常见的任务，打印机、平面绘图仪均有此功能。然而，其功能也仅限 于此。
[0003] 在工业技术领域，当赋予不同的末端工具时，绘图的功能还可以扩展到激光切割、 打标、线切割等等。为实现特定的运动轨迹，这项工作目前主要依靠数控代码实现。对于光 栅图像，还不能直接处理。
[0004] 在工业机器人领域，运动轨迹主要通过逐点示教的方式完成。当图形较为复杂时， 示教的任务相当繁重。
【发明内容】
[0005] 本发明主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种克服机器人绘制平面复杂图 形时繁重的示教任务，同时优化机器人末端执行器的行走路线，减少轮廓线之间的跳转时 间，从而提高工作效率的一种具有较短路径的机器人图像绘制方法。
[0006] 本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
[0007] -种具有较短路径的机器人图像绘制方法，按以下步骤进行：
[0008]( -）、前期准备：
[0009] 首先将此图像转化为灰度图，然后通过阈值处理将该图像二值化，提取出前景目 标，然后，通过数学形态学操作，删除孤立点，消除椒盐噪声，之后，提取出目标轮廓，对构成 轮廓的数据点进行精简；
[0010] (二）、绘制轮廓：
[0011] 首先绘制外围的最大轮廓，然后绘制其余次大轮廓，按顺利依次绘制，最后绘制细 节轮廓；
[0012] 细节轮廓的绘制顺序，用旅行商问题加以求解；
[0013] 为此，将各轮廓线的重心视为一个个的城市，问题是找出一条经过所有城市一次 且仅一次的最短路径，唯一不同在于，访问完最后一个城市之后，不需要回到最初的城市；
[0014] 通过蚁群算法进行以下求解步骤：
[0015] (1)将n只人工蚁随机放置在m个城市中的一个上，这里取n=m;假设顺序路径 {0，1，…，m-1}的长度为L，按下式初始化各城市之间的信息素含量：
[0016]
【主权项】
1. 一种具有较短路径的机器人图像绘制方法，其特征在于按以下步骤进行： (一） 、前期准备： 首先将此图像转化为灰度图，然后通过阈值处理将该图像二值化，提取出前景目标，然 后，通过数学形态学操作，删除孤立点，消除椒盐噪声，之后，提取出目标轮廓，对构成轮廓 的数据点进行精简； (二） 、绘制轮廓： 首先绘制外围的最大轮廓，然后绘制其余次大轮廓，按顺利依次绘制，最后绘制细节轮 廓； 细节轮廓的绘制顺序，用旅行商问题加以求解； 为此，将各轮廓线的重心视为一个个的城市，问题是找出一条经过所有城市一次且仅 一次的最短路径，唯一不同在于，访问完最后一个城市之后，不需要回到最初的城市； 通过蚁群算法进行以下求解步骤： (1) 将n只人工蚁随机放置在m个城市中的一个上，这里取n=m;假设顺序路径{0， 1，…，m-1}的长度为L，按下式初始化各城市之间的信息素含量：
(2) 对第k只人工蚁，由当前位置i选择下一个城市j时，选择概率按下式确定：
式中，nu为城市j相对于城市i的可见度，一般取
其中，du为城市i与城市 j之间的距离； a、0用于表示相关量的重要程度，这里取a= 1，0 = 10 表示当前尚末访问的 城市列表； 城市j的选择通过轮盘赌确定，选择概率越大，在轮盘上所占的面积越大，被选中的概 率也越大； 当k由0变化到n-1，i由1变化到m-2时，n只人工蚁分别访问了m个城市一次且仅 一次，每只人工蚁构成一个可行解； (3) 根据访问路径的长短，对n只人工蚁从小到大排列；假设本次循环求得的最短路径 长度为L'，若L'彡L，程序结束，L'为全局最短距离；反之，令L' =L，转步骤（4); (4) 按下式更新路径上的信息素含量：
式中，P为信息素的挥发率，这里取P=0.1 为是用来更新信息素的蚂蚁数量，这 里取w=n/2 ; 按下式取值：
其中，C1表示等级为r的人工蚁所走过的路径长度；r= 0对应本次最优解，r= 1代 表本次次优解，其余依此类推；Q取1 ; 完成以上工作后，跳转至步骤（2)循环执行； 根据以上方法，得到轮廓线的访问顺序； (三） 、确定落笔点： 需要在轮廓线上确定合适的落笔点，使跳转路径尽可能短； 先确定前两个轮廓的最短距离，从而得到这两个轮廓的落笔点，接着在第三个轮廓上 寻找与第二个落笔点最近的点，作为第三落笔点，然后在第四个轮廓上寻找与第三个落笔 点最近的点，作为第四落笔点，其余依次类推，从而确定一条相对较短的路径； 或， 在各轮廓线上随机取点，构成多个不同的解，选取其中的最优解作为最短路径；为提高 程序收敛速度，使用启发式搜索算法； 蚁群算法不能保证每次都求得最优解，但所得的解总是很靠近最优解； (四） 、控制程度绘制过程： 首先，在示教模式下操纵示教盒，将画笔定位至图幅中央，笔尖触及纸面；上位机程序 执行时，将画笔抬高l〇mm，并移动到第一个轮廓的落笔点，画笔下移l〇mm开始绘图，第一条 轮廓画完之后，画笔抬高1〇_，移动到第二个轮廓的绘图点，画笔下移1〇_开始绘制第二 条轮廓，其余依此类推，直到画完所有轮廓； 所有数据点均相对机器人绘图笔的末端偏移； 图形中央对应绘图笔的初始位置； 通过设置绘图比例，可改变所绘图形的实际大小，或以一定精度还原其原始尺寸； 控制指令通过网线发送到控制器，或以机器人语言表达绘图指令，以作业的方式下载 到控制器，通过示教盒调用作业的方式执行绘图任务。
【专利摘要】本发明涉及一种图像绘制方法，尤其涉及一种具有较短路径的机器人图像绘制方法。按以下步骤进行：前期准备→绘制轮廓→确定落笔点→控制程度绘制过程。一种具有较短路径的机器人图像绘制方法，提高操作效率，简化操作步骤。
【IPC分类】G06T11-00
【公开号】CN104574457
【申请号】CN201410736126
【发明人】李正刚, 范卫国, 何雪军, 陈立, 朱彬, 金晶
【申请人】杭州新松机器人自动化有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月5日