專利名稱：肖像漫畫(huà)繪制機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種屬于機(jī)電控制技術(shù)領(lǐng)域的機(jī)器人，具體地說(shuō)，是一種肖像漫畫(huà)繪制機(jī)器人。
背景技術(shù)：
對(duì)于廣大機(jī)器人愛(ài)好者來(lái)說(shuō)，應(yīng)用六自由度機(jī)器人的末端執(zhí)行器夾持筆在紙張上進(jìn)行人臉的肖像漫畫(huà)的繪制是一件非常有趣的工作。肖像漫畫(huà)繪制機(jī)器人以標(biāo)準(zhǔn)的6DOF工業(yè)機(jī)器人為主體，計(jì)算機(jī)將攝像頭拍攝到的觀眾的肖像進(jìn)行處理后，通過(guò)矢量化算法和漫畫(huà)處理算法將圖像軌跡轉(zhuǎn)化為機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)指令，控制機(jī)器人把肖像特征用“筆”在圖板上生動(dòng)地描繪出來(lái)，并簽名留念。發(fā)明這一機(jī)器人的目的是向公眾特別是青少年展示人工智能、機(jī)器視覺(jué)和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，在生動(dòng)活潑的氣氛中達(dá)到寓教于樂(lè)的效果。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，Takano，Hiroji；Ohkawara，Daisuke；Nakada，Akiyoshi；Nakajima，F(xiàn)ujio《肖像繪畫(huà)機(jī)器人系統(tǒng)》發(fā)表在《自然科學(xué)報(bào)告》Aug，1985，p 482-490。此文中他們實(shí)現(xiàn)了用工業(yè)機(jī)器人做肖像繪畫(huà)。其中應(yīng)用了圖像處理和矢量化，最后實(shí)現(xiàn)了在紙上用刷子機(jī)器人將人臉肖像繪出來(lái)。它使用電視攝象機(jī)取得圖象，這樣的圖象是模擬信號(hào)，對(duì)后期處理計(jì)算和識(shí)別量較大。其不足之處是圖象處理對(duì)光線的要求比較嚴(yán)格，算法復(fù)雜；沒(méi)有涉及到如何將肖像畫(huà)進(jìn)行漫畫(huà)處理后再行繪畫(huà)；另外在本身整體結(jié)構(gòu)上沒(méi)有人的形狀，只是簡(jiǎn)單的用機(jī)械手進(jìn)行繪畫(huà)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種肖像漫畫(huà)繪制機(jī)器人，使其通過(guò)CCD攝像頭拍攝人的面部肖像，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)人臉肖像的預(yù)處理、特征提取，和漫畫(huà)藝術(shù)處理，以生成繪畫(huà)軌跡，并最終通過(guò)肖像漫畫(huà)繪制機(jī)器人的右手末端執(zhí)行器夾持畫(huà)筆在畫(huà)板上完成人臉肖像漫畫(huà)的繪制。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括鋼制基座、腿、身體、繪畫(huà)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、左臂、頭、CCD攝像頭、控制器、計(jì)算機(jī)、畫(huà)架和筆架，鋼制基座通過(guò)腿和身體連接，身體設(shè)在腿上，在身體右側(cè)設(shè)有繪畫(huà)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在身體左側(cè)設(shè)有左臂，頭設(shè)在身體上端。繪畫(huà)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的末端與筆架相連，畫(huà)架固定于鋼制基座上，畫(huà)架位于身體前方，控制器的IO口與計(jì)算機(jī)的IO卡通過(guò)37針的標(biāo)準(zhǔn)接插件相連接，控制器的串口通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)9針接插件和計(jì)算機(jī)相連，CCD攝像頭固定于畫(huà)架背面，CCD攝像頭通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)視頻線和計(jì)算機(jī)相連。
所述的繪畫(huà)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的右臂，一個(gè)六自由度機(jī)器人，受到控制器編制的程序控制，實(shí)現(xiàn)在畫(huà)紙上完成肖像漫畫(huà)繪制。
所述的控制器，編程實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的動(dòng)作，并且對(duì)機(jī)器人狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，控制器通過(guò)串口從計(jì)算機(jī)取得漫畫(huà)肖像輪廓的軌跡數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)整理后，控制繪畫(huà)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)漫畫(huà)肖像的繪制，控制器的IO口向計(jì)算機(jī)發(fā)送機(jī)器人和控制器的狀態(tài)信息，同時(shí)也通過(guò)IO口受計(jì)算機(jī)的控制。
所述的計(jì)算機(jī)是整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的中樞，計(jì)算機(jī)從CCD攝像頭得到拍攝到的人臉圖片，對(duì)此圖片進(jìn)行圖象處理，進(jìn)行特征提取和繪畫(huà)軌跡生成以及漫畫(huà)藝術(shù)處理，然后將繪畫(huà)軌跡數(shù)據(jù)通過(guò)其串口發(fā)送到控制器；計(jì)算機(jī)還通過(guò)IO卡對(duì)控制器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)控制器對(duì)機(jī)器人程序的啟動(dòng)、暫停和復(fù)位；計(jì)算機(jī)通過(guò)IO卡監(jiān)測(cè)到機(jī)器人和控制器的狀態(tài)。
所述的CCD攝像頭是數(shù)碼攝像頭，拍攝數(shù)碼圖像，并且將圖像通過(guò)視頻線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，然后由計(jì)算機(jī)對(duì)此數(shù)碼圖象進(jìn)行特征提取和繪畫(huà)軌跡生成以及漫畫(huà)藝術(shù)處理。
本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)人臉肖像漫畫(huà)的繪制，具體的工作過(guò)程為(1)操作員通過(guò)計(jì)算機(jī)的主控程序從CCD攝像頭采集到一張人物的面部特征的數(shù)碼圖像，此圖象由CCD攝像頭通過(guò)視頻線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。(2)得到圖像后，計(jì)算機(jī)開(kāi)始圖像處理，包括去背景、去噪聲，邊界特征提取和矢量化這些特征，并且做漫畫(huà)處理，生成繪畫(huà)軌跡，這些數(shù)據(jù)會(huì)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。(3)軌跡生成完畢后，計(jì)算機(jī)通過(guò)IO卡向控制器內(nèi)機(jī)器人的控制程序發(fā)送啟動(dòng)指令，于是控制器啟動(dòng)機(jī)器人控制程序。(4)在機(jī)器人控制程序啟動(dòng)后，控制器打開(kāi)串口，準(zhǔn)備接受計(jì)算機(jī)傳來(lái)的軌跡數(shù)據(jù)；此時(shí)控制器通過(guò)IO口反饋一個(gè)程序啟動(dòng)完成信號(hào)給計(jì)算機(jī)，于是計(jì)算機(jī)開(kāi)始通過(guò)串口發(fā)送軌跡數(shù)據(jù)。(5)數(shù)據(jù)全部發(fā)送完畢后，控制器中的機(jī)器人控制程序開(kāi)始控制機(jī)器人按這些軌跡運(yùn)動(dòng)，這樣就可以在畫(huà)板上繪出人臉肖像。(6)在機(jī)器人繪圖過(guò)程中，計(jì)算機(jī)可以響應(yīng)操作員的暫停(繼續(xù))，復(fù)位的操作。這些指令，通過(guò)計(jì)算機(jī)IO卡發(fā)到控制器?？刂破黜憫?yīng)這些指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的暫停(繼續(xù))，復(fù)位的控制。(7)急停控制是直接按控制器上的急停按鈕，此操作并不通過(guò)計(jì)算機(jī)控制。在急停后，控制器發(fā)送信號(hào)給計(jì)算機(jī)，通知機(jī)器人已停止，結(jié)束計(jì)算機(jī)的主控程序。
本發(fā)明采用機(jī)器人和計(jì)算機(jī)圖象處理技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)肖像繪制機(jī)器人對(duì)人臉肖像的拍攝、預(yù)處理、特征提取和繪畫(huà)軌跡生成，漫畫(huà)藝術(shù)處理并最終通過(guò)六自由度機(jī)器人的末端執(zhí)行器夾持畫(huà)筆在畫(huà)板上完成人臉肖像漫畫(huà)的繪制。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高科技、娛樂(lè)和科普的完美統(tǒng)一。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明包括繪畫(huà)執(zhí)行機(jī)構(gòu)4、控制器8、計(jì)算機(jī)9、鋼制基座1、腿2、身體3、左臂5、頭6、CCD攝像頭7、畫(huà)架10和筆架11，鋼制基座1通過(guò)腿2和身體3連接，身體3設(shè)在腿2上，在身體3右側(cè)設(shè)有繪畫(huà)執(zhí)行機(jī)構(gòu)4，在身體3左側(cè)設(shè)有左臂5，頭6設(shè)在身體3上端，繪畫(huà)執(zhí)行機(jī)構(gòu)4的末端與筆架11相連，畫(huà)架10固定于鋼制基座1上，畫(huà)架10位于身體3前方，控制器8的IO口與計(jì)算機(jī)9的IO卡通過(guò)37針的標(biāo)準(zhǔn)接插件相連接，控制器8的串口通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)9針接插件和計(jì)算機(jī)9相連，CCD攝像頭7固定于畫(huà)架10背面，CCD攝像頭7通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)視頻線和計(jì)算機(jī)9相連。
所述的繪畫(huà)執(zhí)行機(jī)構(gòu)4，是機(jī)器人的右臂，一個(gè)六自由度機(jī)器人，型號(hào)為安川UPJ 3 B00，其采用頂掛方式用螺栓安裝于身體3的右側(cè)，受到控制器8編制的程序控制，實(shí)現(xiàn)在畫(huà)紙上完成肖像漫畫(huà)繪制。
所述的控制器8，編程實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的動(dòng)作，并且對(duì)機(jī)器人狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，控制器8通過(guò)串口從計(jì)算機(jī)9取得漫畫(huà)肖像輪廓的軌跡數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)整理后，控制繪畫(huà)執(zhí)行機(jī)構(gòu)4運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)漫畫(huà)肖像的繪制，控制器8的IO口向計(jì)算機(jī)9發(fā)送機(jī)器人和控制器8的狀態(tài)信息，同時(shí)也通過(guò)IO口受計(jì)算機(jī)9的控制。
所述的計(jì)算機(jī)9是整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的中樞，計(jì)算機(jī)9從CCD攝像頭7得到拍攝到的人臉圖片，對(duì)此圖片進(jìn)行圖象處理，進(jìn)行特征提取和繪畫(huà)軌跡生成以及漫畫(huà)藝術(shù)處理，然后將繪畫(huà)軌跡數(shù)據(jù)通過(guò)其串口發(fā)送到控制器8；計(jì)算機(jī)9還通過(guò)IO卡對(duì)控制器8進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)控制器8對(duì)機(jī)器人程序的啟動(dòng)、暫停和復(fù)位；計(jì)算機(jī)9通過(guò)IO卡監(jiān)測(cè)到機(jī)器人和控制器8的狀態(tài)。
所述的CCD攝像頭7是數(shù)碼攝像頭，拍攝數(shù)碼圖像，并且將圖像通過(guò)視頻線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)9，然后由計(jì)算機(jī)9對(duì)此數(shù)碼圖象進(jìn)行特征提取和繪畫(huà)軌跡生成以及漫畫(huà)藝術(shù)處理。
所述的鋼制基座1，其尺寸為900mm*700mm*16mm，用螺栓安裝于地面上。
所述的腿2，通過(guò)螺栓安裝于底座上，其高度為930mm。
所述的身體3，高度為703mm，最寬處為475mm，通過(guò)螺栓安裝在腿2上。
所述的畫(huà)架10，為一般的木制畫(huà)架，用螺栓固定于鋼制基座1上。
本發(fā)明的工作過(guò)程如下(1)操作員通過(guò)計(jì)算機(jī)9的主控程序從CCD攝像頭7采集到一張人物的面部特征的數(shù)碼圖像，此圖像由CCD攝像頭7通過(guò)視頻線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)9。(2)得到圖像后，計(jì)算機(jī)9開(kāi)始圖像處理，包括去背景、去噪聲，邊界特征提取和矢量化這些特征，并且做漫畫(huà)處理，生成繪畫(huà)軌跡，這些數(shù)據(jù)會(huì)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)9中。(3)軌跡生成完畢后，計(jì)算機(jī)9通過(guò)IO卡向控制器8內(nèi)機(jī)器人的控制程序發(fā)送啟動(dòng)指令，于是控制器8啟動(dòng)機(jī)器人控制程序。(4)在機(jī)器人控制程序啟動(dòng)后，控制器8打開(kāi)串口，準(zhǔn)備接受計(jì)算機(jī)9傳來(lái)的軌跡數(shù)據(jù)。此時(shí)控制器8通過(guò)IO口反饋一個(gè)程序啟動(dòng)完成信號(hào)給計(jì)算機(jī)9，于是計(jì)算機(jī)9開(kāi)始通過(guò)串口發(fā)送軌跡數(shù)據(jù)。(5)數(shù)據(jù)全部發(fā)送完畢后，控制器8中的機(jī)器人控制程序開(kāi)始控制機(jī)器人按這些軌跡運(yùn)動(dòng)，這樣就可以在畫(huà)板上繪出人臉肖像。(6)在機(jī)器人繪圖過(guò)程中，計(jì)算機(jī)9可以響應(yīng)操作員的暫停(繼續(xù))，復(fù)位的操作。這些指令，通過(guò)計(jì)算機(jī)9的IO卡發(fā)到控制器8。控制器8響應(yīng)這些指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的暫停(繼續(xù))，復(fù)位的控制。(7)急?？刂剖侵苯影纯刂破?上的急停按鈕，此操作并不通過(guò)計(jì)算機(jī)9控制。在急停后，控制器8發(fā)送信號(hào)給計(jì)算機(jī)9，通知機(jī)器人已停止，結(jié)束計(jì)算機(jī)9的主控程序。
本發(fā)明向公眾特別是青少年展示人工智能、機(jī)器視覺(jué)和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，在生動(dòng)活潑的氣氛中達(dá)到寓教于樂(lè)的效果。
權(quán)利要求
1.一種肖像漫畫(huà)繪制機(jī)器人，包括繪畫(huà)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(4)、控制器(8)、計(jì)算機(jī)(9)，其特征在于，還包括鋼制基座(1)、腿(2)、身體(3)、左臂(5)、頭(6)、CCD攝像頭(7)、畫(huà)架(10)和筆架(11)，鋼制基座(1)通過(guò)腿(2)和身體(3)連接，身體(3)設(shè)在腿(2)上，在身體(3)右側(cè)設(shè)有繪畫(huà)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(4)，在身體(3)左側(cè)設(shè)有左臂(5)，頭(6)設(shè)在身體(3)上端，繪畫(huà)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(4)的末端與筆架(11)相連，畫(huà)架(10)固定于鋼制基座(1)上，畫(huà)架(10)位于身體(3)前方，控制器(8)的IO口與計(jì)算機(jī)(9)的IO卡通過(guò)37針的標(biāo)準(zhǔn)接插件相連接，控制器(8)的串口通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)9針接插件和計(jì)算機(jī)(9)相連，CCD攝像頭(7)固定于畫(huà)架(10)背面，CCD攝像頭(7)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)視頻線和計(jì)算機(jī)(9)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖像漫畫(huà)繪制機(jī)器人，其特征是，所述的繪畫(huà)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(4)，是機(jī)器人的右臂，一個(gè)六自由度機(jī)器人，受到控制器(8)編制的程序控制，實(shí)現(xiàn)在畫(huà)紙上完成肖像漫畫(huà)繪制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的肖像漫畫(huà)繪制機(jī)器人，其特征是，所述的控制器(8)，編程實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的動(dòng)作，并且對(duì)機(jī)器人狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，控制器(8)通過(guò)串口從計(jì)算機(jī)(9)取得漫畫(huà)肖像輪廓的軌跡數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)整理后，控制繪畫(huà)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(4)運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)漫畫(huà)肖像的繪制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者3所述的肖像漫畫(huà)繪制機(jī)器人，其特征是，所述的控制器(8)，其IO口向計(jì)算機(jī)(9)發(fā)送機(jī)器人和控制器(8)的狀態(tài)信息，同時(shí)也通過(guò)IO口受計(jì)算機(jī)(9)的控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或者4所述的肖像漫畫(huà)繪制機(jī)器人，其特征是，所述的計(jì)算機(jī)(9)是整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的中樞，計(jì)算機(jī)(9)從CCD攝像頭(7)得到拍攝到的人臉圖片，對(duì)此圖片進(jìn)行圖象處理，進(jìn)行特征提取和繪畫(huà)軌跡生成以及漫畫(huà)藝術(shù)處理，然后將繪畫(huà)軌跡數(shù)據(jù)通過(guò)其串口發(fā)送到控制器(8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或者4所述的肖像漫畫(huà)繪制機(jī)器人，其特征是，所述的計(jì)算機(jī)(9)，通過(guò)IO卡對(duì)控制器(8)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)控制器(8)對(duì)機(jī)器人程序的啟動(dòng)、暫停和復(fù)位；計(jì)算機(jī)(9)通過(guò)IO卡監(jiān)測(cè)到機(jī)器人和控制器(8)的狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或者5所述的肖像漫畫(huà)繪制機(jī)器人，其特征是，所述的CCD攝像頭(7)是數(shù)碼攝像頭，拍攝數(shù)碼圖像，并且將圖像通過(guò)視頻線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)(9)，然后由計(jì)算機(jī)(9)對(duì)此數(shù)碼圖象進(jìn)行特征提取和繪畫(huà)軌跡生成以及漫畫(huà)藝術(shù)處理。
全文摘要
一種屬于機(jī)電控制技術(shù)領(lǐng)域的肖像漫畫(huà)繪制機(jī)器人，包括鋼制基座、腿、身體、左臂、頭、CCD攝像頭、控制器、計(jì)算機(jī)、繪畫(huà)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、畫(huà)架和筆架，鋼制基座通過(guò)腿和身體連接，身體設(shè)在腿上，在身體右側(cè)設(shè)有繪畫(huà)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在身體左側(cè)設(shè)有左臂，繪畫(huà)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的末端與筆架相連，畫(huà)架固定于鋼制基座上，控制器的IO口與計(jì)算機(jī)的IO卡通過(guò)37針的標(biāo)準(zhǔn)接插件相連接，控制器的串口通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)9針接插件和計(jì)算機(jī)相連，CCD攝像頭固定于畫(huà)架背面，CCD攝像頭通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)視頻線和計(jì)算機(jī)相連。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)肖像繪制機(jī)器人對(duì)人臉肖像的拍攝、預(yù)處理、特征提取和繪畫(huà)軌跡生成，漫畫(huà)藝術(shù)處理并最終通過(guò)六自由度機(jī)器人的末端執(zhí)行器夾持畫(huà)筆在畫(huà)板上完成人臉肖像漫畫(huà)的繪制。
文檔編號(hào)B25J9/18GK1709659SQ20051002756
公開(kāi)日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2005年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月7日
發(fā)明者付莊, 倪菲, 陳元炳, 劉仁強(qiáng), 曹其新, 趙言正, 王美齡 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)