基于视觉机器人的自动抓取机械手控制研究刘莹祝学云徐佳文DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2021.08.044摘要：为适应工程教育和课程教学改革的需要，依托视觉机器人平台对自动抓取机械手控制进行了研究。系统硬件主要包括实验平台、相机、光源和机械臂等组件。在图像处理与目标识别中，颜色的分类识别采用的是基于混合高斯模型（GMM）的分类器，形状的识别采用的是MPL多神经网络分类器。最后介绍了机械手的运动建模和抓取流程并进行了实验，实验效果良好。关键词：视觉机器人;机械手;实验教学改革：TP241.2：A：2096-4706（2021）08-0156-04ResearchonAutomaticGrabingManipulatorControlBasedonVisionRobotLIUYing，ZHUXueyun，XUJiawen（SchoolofInstrumentScienceandEngineering，SoutheastUniversity，Nanjing210096，China）Abstract：Inordertomeettheneedsofengineeringeducationandcurriculumteachingreform，thecontrolofautomaticgrabingmanipulatorisstudiedbasedonthevisionrobotplatform.Thesystemhardwaremainlyincludestheexperimentalplatform，camera，lightsource，mechanicalarmandothercomponents.Inimageprocessingandtargetrecognition，usestheclassifierbasedonGaussianmixturemodel（GMM）forcolorclassificationandrecognition，usesMPLmultineuralnetworkclassifierforshaperecognition.Finally，themotionmodelingandgrabingprocessofthemanipulatorareintroducedandexperimentiscarriedout，andtheexperimentalresultsaregood.Keywords：visionrobot;manipulator;experimentalteachingreform0引言机器人作为测控技术、机械自动化、计算机科学、控制理论、人工智能等多学科交叉的高新技术，在制造业、服务业、医疗保健、国防等各领域得到广泛应用。机器人传感与控制技术是仪器科学与工程学院重要的研究方向，涉及测控技术与仪器专业本科生的多门主干课程：传感器技术、检测技术、智能仪器设计、单片机技术、自动控制原理、机械原理等。目前我院本科生的实验教学以各门课程的课程配套实验为主，缺乏大型的综合型设计型实验。在视觉机器人的基础上，设计测控一体化的研究型实验，能够让学生充分了解学科知识之间的关联性和融合性，锻炼和提高学生的工程实践能力和创新实践能力，对课程的建设、专业的发展、创新型人才的培养具有重要意义。视觉机器人就是通过图像摄取装置将被摄取的目标转换成图像信号，传送给图像处理系统，图像处理系统对这些信号进行运算来抽取目标的特征，进而来控制设备动作，所以说视觉机器人是一项综合技术，包括传感器技术、图像处理、機械工程技术、自动控制等，十分适合作为我院高年级本科生的综合实验平台使用。结合本科生教学及学科发展的需要，依托视觉机器人平台设计自动抓取机械手控制实验[1-5]。为了让学生熟悉视觉机器人平台和为自动抓取机械手控制实验做知识储备，设置六个基础实验：视觉算法基础实验、颜色识别实验、形状识别实验、标定实验、二维测量实验、机械手控制实验，然后针对不同颜色不同形状的抓取目标学生自主设计完成自动抓取机械手控制实验。1系统硬件介绍基于视觉机器人的自动抓取系统主要包括实验平台、面阵摄像机、镜头、可调节光源和机械臂等组件。其中实验平台由光源安装、相机安装、输出等模块组成，输出模块可以输出5V、24V直流电压，调节底部光源亮度以及开关上方光源。面阵摄像机采用的是紧凑型数字摄像机，通过GigE接口传输图像数据，具有高分辨率、高精度、低噪声等特点。镜头采用的是Computar工业镜头M1214-MP2百万像素12mm定焦镜头。机械臂采用的是DobotMagician机械臂，该机械臂是一个高精度四轴桌面操作型机械臂，由底座、旋转主体、大臂、小臂、执行末端等部分组成，末端执行器有气动手爪套件、吸盘套件等，最大负载500g，最大伸展距离320mm。在机器视觉系统中，通常分为手眼相机模式和固定相机模式两种，本实验系统采用固定相机模式，摄像机安装在实验平台的支架上。在固定相机模式下，相机不受机械臂抖动影响，视野固定，定位精度高。系统硬件结构如图1所示。2机器视觉2.1图像处理与目...