基于激光傳感器的自動(dòng)堆垛識(shí)別技術(shù)

桓?jìng)?張宏碩 邵仁杰

（武漢奮進(jìn)電力技術(shù)有限公司，湖北武漢，430205）

基于激光傳感器的自動(dòng)堆垛識(shí)別技術(shù)

桓?jìng)?張宏碩 邵仁杰

（武漢奮進(jìn)電力技術(shù)有限公司，湖北武漢，430205）

目前工業(yè)機(jī)器人在既有生產(chǎn)線的應(yīng)用中遇到了因物料變化、堆垛偏移等情況造成的適應(yīng)性不足、操作復(fù)雜等情況，本文從提高機(jī)器人的適用性和易用性出發(fā)，提出了一種基于激光傳感器的自動(dòng)堆垛識(shí)別技術(shù)。

搬運(yùn)機(jī)器人，激光傳感器，自動(dòng)堆垛識(shí)別

0 引言

隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展以及人口紅利的衰竭，工業(yè)機(jī)器人正越來越多應(yīng)用到汽車制造行業(yè)，尤其是搬運(yùn)機(jī)器人正逐步取代人工出現(xiàn)在3K（骯臟、辛苦、危險(xiǎn)）工作崗位上。

在實(shí)際應(yīng)用過程中，尤其是對(duì)既有生產(chǎn)線自動(dòng)化升級(jí)改造過程中，搬運(yùn)機(jī)器人往往遇到因物料轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)運(yùn)造成的物料移位等原因造成的適應(yīng)性不足、操作復(fù)雜等問題。本文設(shè)計(jì)一種基于激光傳感器的自動(dòng)堆垛識(shí)別技術(shù)，利用現(xiàn)有激光測(cè)距技術(shù)，與機(jī)器人控制系統(tǒng)相結(jié)合，很好地解決了上述問題，提高了搬運(yùn)機(jī)器人的適用性和易用性。

1 系統(tǒng)組成

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)物料堆垛的自動(dòng)識(shí)別，智能系統(tǒng)應(yīng)該具有以下幾項(xiàng)功能：距離數(shù)據(jù)采集功能，數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)功能。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)組成如圖1所示。系統(tǒng)采用激光傳感器采集物料堆垛信息，通過計(jì)算機(jī)和485通信接口處理傳感器采集到的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物料堆垛的自動(dòng)識(shí)別。

圖1 自動(dòng)堆垛識(shí)別系統(tǒng)

由圖1可知系統(tǒng)包括：

1）輔助子系統(tǒng)。由電源、電源控制電路組成。其中電源用來給設(shè)備供電，電源控制電路可以實(shí)現(xiàn)打開、關(guān)閉數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)。

2）數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)。主要用來采集堆垛的距離信息。

3）數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。通過監(jiān)視通信接口獲取激光傳感器采集到的信息，并根據(jù)激光傳感器的協(xié)議解析這些信息，提取有效數(shù)據(jù)。

2 激光傳感器數(shù)據(jù)采集算法

通過激光傳感器采集到的數(shù)據(jù)是堆垛物料與激光傳感器之間的距離值，若想知道堆垛中物料的高低層次、中心位置等數(shù)據(jù)，則必須對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2.1 邊沿處理算法

由于激光傳感器在物料邊沿處所返回的值會(huì)不停抖動(dòng)，所以應(yīng)首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行邊沿分析以確定物料輪廓。

進(jìn)行邊沿處理時(shí)應(yīng)首先選取點(diǎn)X-1，X，X+1，X+2所對(duì)應(yīng)的距離數(shù)據(jù)HX-1，HX，HX+1，HX+2，計(jì)算相鄰兩點(diǎn)之間的高度差Δ1，Δ2，Δ3。其中：

Δ1 = fabs(HX- HX-1);

Δ2 = fabs(HX+1- HX);

Δ3 = fabs(HX+2- HX+1);

假設(shè)單件物料厚度為A，物料表面平整，其誤差不超過B。

則當(dāng)Δ 1≥A，并且Δ 2≤B,Δ 3≤B時(shí)，判斷點(diǎn)X為物料邊沿。

2.2 物料數(shù)量判斷算法

當(dāng)區(qū)別出物料的邊沿后，我們就可以判斷出該范圍內(nèi)物料的數(shù)量和各個(gè)物料的中心位置。

首先記錄下起點(diǎn)邊沿距離檢測(cè)起點(diǎn)的距離S1，再記錄終點(diǎn)邊沿距離檢測(cè)起點(diǎn)的距離S2，得到兩者之間的差值

ΔS = S2- S1;

假設(shè)單個(gè)物料的寬度為C，則可以得到

DIV =ΔS/C;

REM =ΔS%C;

考慮到檢測(cè)誤差，當(dāng)REM ≥2C/3時(shí)，DIV應(yīng)當(dāng)加1。

所得DIV的值即為該范圍內(nèi)的物料數(shù)量，再結(jié)合物料數(shù)量和ΔS，即可得出每個(gè)物料的中心位置。

3 實(shí)際應(yīng)用結(jié)果及分析

按照上述理論基礎(chǔ)，選取現(xiàn)場(chǎng)樣本進(jìn)行分析如下。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)情況

如圖2所示為某自動(dòng)上料系統(tǒng)，在軌道兩邊共計(jì)6個(gè)料架，每個(gè)料架中物料的碼放方式均不同。

2）數(shù)據(jù)分析流程。對(duì)所取得的數(shù)據(jù)按照如圖3所示的流程進(jìn)行處理，即可得到物料的堆垛位置、高低等所需信息。

圖2 自動(dòng)上料系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)布置圖

3.2 樣本數(shù)據(jù)及分析結(jié)果

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況，獲取多組樣本，選取其中的96305號(hào)樣本進(jìn)行分析。

1）樣本96305對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)為：

{750,750,750,750,750,750,750,750,733.188,733.188,734. 312,742.594,742.25, 737.094,737.094,732.344,731.188,731.18 8,733.75,733.75,738.375,738.25,738.25, 747.5,747.5,745.75,7 45.75,748.469,750,750,750,750,750,750,738.375,635.688, 635 .688,635.312,635.312,635.312,634.719,634.375,634.375,633.7 5,633.75, 632.75, 632.75,635,633.844,633.844,744.188,744.18 8,746.719,746.719,635.062,635.062, 635.969,635.969,635.75, 636.094,636.094,636.562,636.562,632.062,632.062,636.93,63 6.938,634.5,738.062,738.062,750,750,750,617.625,619.906,61 9.906,618.562, 618.562,618.531,617.938,617.938,617.531,617 .531,617.969,617.969,617.562, 617.562,691.562,691.562,750, 750,617.531,616.219,616.219,617.281,617.281, 635.344,635.3 44,615.906,617.375,617.375,617.719,617.719,616.219,616.21 9, 616.219,647.531,750,750,653.875,618.5,618.5,619.125,619. 125,620.156,620.156, 618.156,617.25,617.25,617.25,617.719, 617.719,617.219,619.219,619.219,750,750, 646.094,646.094,6 36.562,636.562,634.312,636.031,636.031,634.875,634.875, 64 8.469,648.469,648.469,637.219,635.031,635.031,636.562,750,750,750,750,750, 750,750,750,750,750,750,750,750,750,750,7 50,750,750,750,750,750,750,750,750, 750,750,750,750,750}

圖3 數(shù)據(jù)分析處理流程

3）樣本96305分析結(jié)果。對(duì)于96305號(hào)樣本，其分析結(jié)果如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)處理分析結(jié)果

工件數(shù)量：6個(gè)

各個(gè)工件的中心分別為41,60,80,98,116,131。

4 結(jié)論

隨著工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的日益廣泛，自動(dòng)堆垛識(shí)別技術(shù)能夠很好地減少工業(yè)機(jī)器人對(duì)現(xiàn)行生產(chǎn)規(guī)范的修改。其所采用的激光測(cè)距技術(shù)成熟可靠，系統(tǒng)識(shí)別準(zhǔn)確率高，可靠性好，具有很好的可行性。