本课题借鉴基于图形图像的数控雕刻的思想,在海尔哈工大机器人公司研制的三自由度直角坐标机械手平台上开发了一个PC环境下基于图像的机械手绘图软件系统。该系统软件能够对输入到机械手PC机中的点阵字符和线条图像进行识别转化及矢量化处理,并控制机械手在指定的位置以设定的速度绘出图形,同时具有路径优化的功能。在实际应用中,根据末端执行器的不同,可以完成绘图、雕刻、涂胶等工作,具有效率高、速度快等特点。首先,本文介绍了数字图像处理的一些基本概念及相关理论,通过轮廓提取和细化得到了基于机械手绘图的单像素宽度的线条图像。其次,对二值化图像的轮廓跟踪进行分析,提出了一种基于单像素宽度图像的线条跟踪算法,该算法能够实现图像中线条数目的最小化,避免了对一条轮廓进行多次跟踪导致的实际绘图中机械手空行程次数的增加和实际绘出图形的失真,在此基础上建立了线条图像的链串式表示。引入交叉数的概念,对线条图像中的封闭轮廓和分枝点进行了优化处理。再次,结合机械手实际运动中的直线插补和圆弧插补,分别用分段折线拟合和直线圆弧混合拟合实现了点阵数据的矢量化。最后,在机械手平台上分别对点阵字符和线条图像完成了绘图实验,并结合由线条跟踪导致的机械手实际绘图中的每一次空行程距离过长,提出了一种“就近距离落笔”的路径优化的算法。通过对比机械手实际绘出的图形和原始图片,验证了各部分所用算法的有效性和实用性。