始场景中各部分之间的空间关系与图像中各对应像素间的空间关系一致，则机械臂绘制的图像清晰完整。
[0027](2)控制算法实现
[0028]运动控制程序设计流程如图3所示，首先设计三轴机械臂回原点，定位绘图区域，在绘制图像部分，首先要判断绘制的是直线还是圆弧，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。
[0029]此外，绘制图像过程中，还需要考虑如下步骤:
[0030](a)图片比例缩放:
[0031]为避免尺寸过小的图片经过图像处理后，线段过短、过密导致机械臂在绘图过程中表现为在同一点反复上下操作，无法绘制出图片细节。因此，通过图片的比例缩放，获得了较好的图像效果。同时，对于尺寸较大的图片，需判断图片尺寸与绘图实际尺寸的比例，以防机械臂运动超出绘图范围，无法控制。
[0032](b)线段排序:
[0033]机械臂绘图具有一定的顺序，但由于边缘轮廓被分割成不同线段和圆弧，为使三轴机械绘制较好的组成连贯的线条，避免产生偏差。因此，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。
[0034](c)圆弧方向判断及起始点、终点坐标计算:
[0035]对于圆弧较多的图片，需在轮廓分割时，通过圆弧的正负来判断优弧和劣弧，同时，通过计算获得圆弧的起始和终点坐标，否则易导致绘制的图像混乱。
[0036](3)速度控制模块
[0037]在本发明中，通过将插补算法与速度控制结合，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，较粗线段，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。
[0038]3.运动控制模块
[0039]如图4所示，包括电机驱动器、步进电机、运动控制卡、传送带、触摸屏、PLC以及用于喷绘图像控制的气路控制器和喷管，它们都通过视觉引导控制器的程序控制进行相应的动作。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Χ、γ、ζ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。
[0040]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，在食品上绘制完整清晰的人像轮廓素描。本发明结合自动化技术在食品行业应用的现实需求，将自动化技术与传统食品业有机结合，使得食品装饰工艺摆脱了花样单一的缺陷，可以做到使每个食物都是独一无二，给食品商家创造了更为广阔的发展空间。在食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。所述智能人像素描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、触摸屏等其他控制设备。2.根据权利要求1所述的智能人像素描机器人系统，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所述的智能人像素描机器人系统，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、边缘检测、图像轮廓提取、分割、拟合得到图像轮廓信息，控制算法模块通过编写运动控制程序实现三轴机械臂的喷绘动作。速度控制模块通过将轨迹插补算法与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，实现人像不规则形状轮廓的勾画，深浅、粗细的素描效果，以及人像面部表情细节中的如眼角等多处锐角拐角，从而得到连贯清晰逼真的图像。4.权利要求3中所述的智能人像素描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)程序控制算法首先设计三轴机械臂回原点归零，定位绘图区域，在绘制图像部分，先要判断绘制的是直线还是圆弧，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。此外，绘制图像还需要考虑如下步骤:(a)图片比例缩放;(b)线段排序； (c)圆弧方向判断及起始点、终点坐标计算。 根据权利要求4所述的智能人像素描机器人控制方法，其特征在于:所述步骤(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、任意圆弧插补及任意螺旋插补与连续插补功能。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，可以适应各种形状的绘制喷涂。从而可在食物上展现清晰逼真的图案，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食品上的素描人像喷绘机器人，以视觉引导控制器为主要控制平台，借助机器视觉和三轴机械臂来研究可应用于食品上的素描人像喷绘机器人，从而提高生产效率，增加企业效益。通过将自动化技术与传统食品业有机结合，使门店的市场竞争力明显增强，同业知名度急剧提升，使平淡无奇的店面焕发出数码时代的活力。这项技术的采用，将使得机器代替人完成食品装饰工作，增加了食品生产的趣味性，减少了人工成本的支出，为企业节省了用工成本，同时在一定程度上解放了劳动力。使食品制作工艺彻底摆脱了传统食品花样单一的缺陷，真正做到每个食物都是独一无二的，给食品商家创造了更为广阔的发展空间。
【IPC分类】B05B13/04, A21C14/00
【公开号】CN105289884
【申请号】CN201510579494
【发明人】陈岚萍, 封晓鸣, 周文涛, 邓开贵
【申请人】常州大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年9月13日...