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机器人视觉系统的组成及工作原理 国圈巴 机器人视觉系统的组成及工作原理 王军.李垦野 黑龙江省冶金研究所,哈尔滨l50040 分组成的工作原理. 文章编号:1002—23,33(21307)03—0056—02 从1960年代开始,人们就开始着手研究机器视觉系 统:一开始视觉系统只能识别平面上的类似积木的物体 随着大规模集成电路技术的发展,视觉系统逐渐走向实 用化:进八1980年代后,由于微型计算f』【的飞速发展,使 用的视觉系统已经进入领域.其中机器^视觉系统是机 器视觉应用的一个重要领域. l机器人视觉系统的硬件系统 ,,机器人视觉系统的硬件由下述几个邵分组成 (1)景物和距离传感器常用的摄像机,CCD图像传 感器,超声波传感器和结构光设备等 (2)视频信号数字化设备其任务是把摄像机或CCD 输出的信号转换成方便计算和分析的数字信号. (3)视频信号快速处理器,视频信号实时,快速,并行 算法的硬件实现设备:如DSP系统. (4)计算机及其外设根据系统的需要可以选用不 同的计算机及其外设来满足机器人视觉信息处理及机器 人控制的需要: (5)机器人或机械手及其控制器= t.2机器人视觉的软件系统有以下几个部分组成 (I)计.算机系统软件选用不同类型的计算机,就有 不同的操作系统和它所支持的各种语言,数据库等 (2)机器人视觉信息处理算珐图像预处理,分割, 描述,识别和解释等算法 (3)机器人控制软件 2CCD原理 视觉信息通过视觉传感器转换成电信号.在空间采样 和幅值化后,这些信号就形成了一幅数字I荨l像,机器人视 觉使用的主要部分是电视摄像机,它由摄像管或同态成像 传感器及相嘘的电子线路组成.这里我们只介绍光导摄像 管的_[作原理,因为它是普遍使用的并有代表性的一种摄 像管固态成像传感器的关键部分有两种类型:—种是电荷 耦台器悼ccD);另一种是电荷注人器CID).与具有摄像 管的摄像机相比,固态成像器件重量轻,体积小,寿命小, 功耗低:不过,某些摄像管的分辨章仍比固态摄像机高. 由图I可以看出,光导摄像管外而是一圆柱形玻璃 外壳2,内部有位于一端的电子抢7以及位于另一端的屏 幕l和靶加在线罔6,9的电压将电子束聚焦并使其 偏转.偏转电路驱使电子柬对靶的内表面扫描以便读 取图像=玻璃屏幕的内表面镀有一层透明的金属薄膜, 它构成一个电极,视频信号可从此电极上获得一层很薄 的光敏靶附着的金属膜上,它是一层由一些极小的球 状体组成,球状的电阻反比于光的强度在光敏靶的后面 有一个带正电荷的细金属网,它使电子枪发射出的电子 减速.以接近于0的速度达到靶面.在正常工作时.将正 电J~,JJn在屏幕的金属镀膜上.在无光照时.光敏材料呈现 绝缘体特性.电子束在靶的内表面上形成一个电子层以 平衡金属膜上的正电荷.当电子束扫描靶内表面对,光敏 6 , j蒌■■■|日,■!日Ej目|日!圈 星ja/1 一\… 8一 田墨置墨置墨置墨EEBi/=:=::—～, 图I光导摄像管示意图图2电子束扫描方式 I1.屏幕玻璃外壳3光敏层4网格5电子束 l6光束聚焦线圈7电子枪8.管脚9.光束偏转线圈I 弧焊机器人的工作效率和自动化程度一 [参考文献] [1]张爱红.张秋葡机器人示教编程法[J]蛆音机床与自动化加 _r技术.2003(4):47_49 【2J张爱云,张狱菊.机器人虚拟示教编鞋系统[J]机械下程师. 2002(12):I5—17. 【3J江洪.等SolidWorks二敬开发实例解析【M北京:机械:[业u_ 舨社.2004 [4]秫尚始等焊接机器人l墁其成J=}I【M北京:机械T.业小版扯 56I机械工程师2007年第3期 2000. 5礼卞基f几何模型的弧焊机器人无碰路径规划D.喑尔滨 暗尔滨工业大学.I997. 6:周坚单片机轻松人门[M]北京:北京航空航天大学出版}七 2004(蝙辑立明 作者简:授予强f1982一)男硕士研完生,研究方向为焊接过程自动 控剌 墁稿日期:2006一10-29 机■人技术 层就成了一个电容器,其内表面具有负电荷,而另一面具 有正电荷.光投射到靶层,它的电阻降低,使得电子向正 电荷方向流动并与之中和.由于流动的电子电荷的数量 正比于投射到靶的某个局部区域上的光的强度,因此其 效果是在靶表面上形成一幅图像,该图像与摄像管屏幕 上的图像亮度相同.也就是说,电子电荷的剩余浓度在暗 区较高,而在亮区较低.电子束再次扫描靶表面时,失去 的电荷得到补充,这样就会在金属层内形成电流,并可从 一 个管脚上引出此电流.电流正比于扫描时补充的电子 数,因此也正比于电子束扫描处的光强度.经摄像机电子 线路放大后,电子束扫描运动时所得到的变化电流便形 成了一个正比于输入图像强度的视频信号.图2所示为 美国使用的基本扫描标准.电子束以每秒3