關(guān)于工業(yè)機(jī)器人分揀技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

賴正友

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，基于機(jī)器視覺的機(jī)器人分揀技術(shù)逐漸普及。系統(tǒng)融合了機(jī)械操控、PC機(jī)、CPU、視覺采集端口、圖像服務(wù)器、傳送帶以及分揀控制軟件等，當(dāng)控制軟件開始執(zhí)行后，目標(biāo)對(duì)象不斷經(jīng)過傳送帶送至系統(tǒng)分揀作業(yè)區(qū)，以視覺采集端口不斷捕獲目標(biāo)圖像，圖像信息在圖像服務(wù)器中進(jìn)行對(duì)象比對(duì)、信息分類與目標(biāo)鎖定，隨后數(shù)據(jù)信息反饋至系統(tǒng)軟件，控制分揀機(jī)器人進(jìn)行目標(biāo)跟蹤、抓取、搬運(yùn)。經(jīng)過研究分揀機(jī)器人的技術(shù)調(diào)試與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，不難看出分揀系統(tǒng)的研發(fā)對(duì)幾何工件分類有著重要意義。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；機(jī)器視覺；分揀技術(shù)；分揀系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP242.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）01-0096-01

分揀作業(yè)屬于流水線上不可或缺的環(huán)節(jié)，而分揀效率往往又影響著生產(chǎn)系統(tǒng)的進(jìn)展?；跈C(jī)器視覺的機(jī)器人分揀系統(tǒng)有著高效率、低錯(cuò)誤的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)可以保障分揀質(zhì)量與工作衛(wèi)生。不同于固定式機(jī)械分揀作業(yè)，機(jī)器人分揀系統(tǒng)可以根據(jù)分揀幾何工件來設(shè)置系統(tǒng)軟件，

以此隨時(shí)變換作業(yè)目標(biāo)對(duì)象與分揀作業(yè)工序。機(jī)器人分揀技術(shù)融合機(jī)器人機(jī)械技術(shù)與機(jī)器視覺技術(shù)，目前，世界機(jī)器人分揀技術(shù)在機(jī)械、食品、工藝等生產(chǎn)流水線上逐漸普及，但是在中國(guó)分揀技術(shù)依然滯留在機(jī)械分揀階段，根據(jù)市場(chǎng)流水線需求與科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)，研究、開發(fā)出機(jī)器人分揀系統(tǒng)意義非凡。

1 工業(yè)機(jī)器人分揀系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 硬件構(gòu)成

（1）工業(yè)機(jī)器人本體。系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人本體即為工業(yè)機(jī)械手部件，負(fù)責(zé)跟蹤、抓取、搬運(yùn)幾何工件，以三菱PV—4FL機(jī)器人為研究對(duì)象，經(jīng)過機(jī)器人庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)編程，機(jī)器人本體可以根據(jù)分揀幾何工件來設(shè)置系統(tǒng)軟件，以此隨時(shí)變換作業(yè)目標(biāo)對(duì)象與分揀作業(yè)工序，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性能。

（2）機(jī)器視覺。分揀機(jī)器人以NI1742相機(jī)為視覺采集端口，以533MHz Power PC服務(wù)器進(jìn)行系統(tǒng)供電。圖像輸送選擇2KM以太網(wǎng)端口的Sony CCD傳感器，以60M/S的輸送速率，可以實(shí)時(shí)為系統(tǒng)反饋高分辨率圖像。視覺助手選擇Vision Assistant視覺監(jiān)測(cè)軟件，配置NI1742相機(jī)，集成出高級(jí)視覺圖像算法編程，避免抓取錯(cuò)誤。

（3）機(jī)械控制。分揀機(jī)械控制的系統(tǒng)控制來料傳輸帶與分揀物料傳輸帶，以系統(tǒng)工控機(jī)來協(xié)調(diào)傳輸帶控制物料的傳輸，以步進(jìn)電機(jī)與編碼器檢測(cè)裝置來協(xié)助控制來料傳輸帶。以雷賽公司推出的DMC2410機(jī)械控制系統(tǒng)為例，運(yùn)動(dòng)控制卡提供信號(hào)脈沖，來決定機(jī)械控制方向，置備驅(qū)動(dòng)器、CPU、計(jì)算機(jī)、編碼器、脈沖信號(hào)、機(jī)械追蹤控制、起落裝置、抓取裝置等協(xié)調(diào)控制，以計(jì)算機(jī)服務(wù)器軟件進(jìn)行編程調(diào)用，促使物料科學(xué)分揀。

1.2 軟件構(gòu)成

（1）圖像采集端口標(biāo)定。圖像采集端口標(biāo)定即為求解目標(biāo)在分揀作業(yè)區(qū)中的像素坐標(biāo)變換，對(duì)目標(biāo)位置鎖定與精準(zhǔn)目標(biāo)對(duì)象追蹤至關(guān)重要。根據(jù)采集端口所標(biāo)定的數(shù)據(jù)信息，可以經(jīng)由對(duì)象軌跡求解出目標(biāo)坐標(biāo)系位置。圖像采集端口往往為智能相機(jī)，以小孔成像為目標(biāo)對(duì)象實(shí)施標(biāo)定算法，標(biāo)定算法包括有直接線性法與張正友法，系統(tǒng)以標(biāo)定數(shù)據(jù)來對(duì)目標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，保障后續(xù)機(jī)器人準(zhǔn)確跟蹤、抓取、搬運(yùn)。

（2）目標(biāo)對(duì)象檢測(cè)與識(shí)別。目標(biāo)對(duì)象檢測(cè)與識(shí)別即為對(duì)傳輸帶幾何物料進(jìn)行判斷。需要根據(jù)待分揀物料的特色，融合背景減法與系統(tǒng)二值化，選擇線性判別函數(shù)法對(duì)分揀作業(yè)區(qū)物料進(jìn)行分揀。

（3）目標(biāo)對(duì)象追蹤。目標(biāo)對(duì)象追蹤即為視覺跟蹤，捕獲目標(biāo)初始位置，從而在服務(wù)器中生產(chǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡。在機(jī)器人分揀系統(tǒng)中，視覺跟蹤負(fù)責(zé)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別、提取、檢測(cè)，并且不斷地傳輸目標(biāo)位置數(shù)據(jù)，此處以GNN算法對(duì)對(duì)象目標(biāo)進(jìn)行位置捕捉，跟蹤記錄下目標(biāo)實(shí)時(shí)位置。以濾波信號(hào)來估計(jì)目標(biāo)下一刻出現(xiàn)位置，以便于機(jī)器手精準(zhǔn)抓取目標(biāo)。

2 工業(yè)機(jī)器人分揀技術(shù)流程

機(jī)器人分揀技術(shù)流程包括軟件機(jī)構(gòu)與硬件機(jī)構(gòu)操控，首先待分揀物料經(jīng)由傳輸帶送至分揀作業(yè)區(qū)中，此時(shí)基于機(jī)器視覺的機(jī)器人分揀系統(tǒng)以采集圖像端口對(duì)來源對(duì)象進(jìn)行圖像捕獲，數(shù)據(jù)信號(hào)隨之進(jìn)入系統(tǒng)PC機(jī)中，圖像經(jīng)過系統(tǒng)科學(xué)的識(shí)別計(jì)算，根據(jù)目標(biāo)對(duì)象外觀特征進(jìn)行圖像比對(duì)。根據(jù)分揀流程機(jī)器視覺來看，可以詳細(xì)為目標(biāo)圖像預(yù)處理、目標(biāo)識(shí)別、位置追蹤與機(jī)器分揀抓取。

（1）目標(biāo)圖像預(yù)處理，系統(tǒng)經(jīng)由機(jī)器視覺前端對(duì)物料進(jìn)行圖像捕獲，以Canny算子對(duì)圖像進(jìn)行二值化，即在分揀作業(yè)區(qū)中提取待采集目標(biāo)圖像。

（2）目標(biāo)識(shí)別，根據(jù)分揀目標(biāo)外觀特征，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分塊處理，同時(shí)以直線檢測(cè)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行幾何工件邊數(shù)檢測(cè)，使數(shù)據(jù)信息服務(wù)器中與待分揀對(duì)象進(jìn)行校對(duì)，以此提升系統(tǒng)識(shí)別速率，促進(jìn)流水線路進(jìn)度。

（3）位置追蹤，目標(biāo)對(duì)象被確定后，需要進(jìn)入抓取區(qū)后再實(shí)施抓取動(dòng)作，此時(shí)需要經(jīng)由機(jī)器視覺對(duì)目標(biāo)進(jìn)行位置追蹤，在服務(wù)器中處理處目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡，以此保障后續(xù)抓取準(zhǔn)確。

（4）機(jī)器分揀抓取，求解出待抓取目標(biāo)的質(zhì)心坐標(biāo)點(diǎn)，以RS232傳輸目標(biāo)數(shù)據(jù)信息至機(jī)器人控系統(tǒng)，在機(jī)器人控制柜中實(shí)施機(jī)械手的抓取操控。

3 技術(shù)調(diào)試與試驗(yàn)

研究機(jī)器人分揀技術(shù)機(jī)構(gòu)，調(diào)試系統(tǒng)硬件、軟件搭配，以此保障系統(tǒng)順利分揀。以軟件端口執(zhí)行系統(tǒng)重復(fù)操控，以此保障分揀工作可以反復(fù)執(zhí)行。經(jīng)過對(duì)機(jī)器人分揀系統(tǒng)的不斷試驗(yàn)，不難看出系統(tǒng)分揀高效，抓取錯(cuò)誤率幾乎為零。根據(jù)抓取對(duì)象特征，抓取物料中心部位與物料識(shí)別特征可以隨著調(diào)整，但是往往取決于物料的物理中心；如果機(jī)器視覺識(shí)別中心與物料中心重疊，則抓取精準(zhǔn)度可以控制在1mm以內(nèi)；如果傳輸帶上物料重疊傳輸，則機(jī)器視覺僅僅識(shí)別可視物料；如果物料超出機(jī)器視覺提取范圍，則不會(huì)識(shí)別為抓取目標(biāo)，除此以外，無論目標(biāo)以何種放置輸出，都可以準(zhǔn)確識(shí)別出來。

4 結(jié)語

研究機(jī)器人分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，可以有效促進(jìn)流水線路上的生產(chǎn)進(jìn)展。經(jīng)過對(duì)系統(tǒng)軟件機(jī)構(gòu)、硬件機(jī)構(gòu)的深入研討，系統(tǒng)聯(lián)機(jī)實(shí)驗(yàn)證明，機(jī)器人分揀技術(shù)既可以保障流水線生產(chǎn)安全、衛(wèi)生安全，又可以有效的提高系統(tǒng)自動(dòng)化水平與作業(yè)質(zhì)量，不久，工業(yè)機(jī)器人分揀技術(shù)將在我國(guó)生產(chǎn)領(lǐng)域中逐漸普及。

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