視覺(jué)識(shí)別機(jī)器人在分揀系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉裕舸

本文首先簡(jiǎn)單介紹了視覺(jué)識(shí)別機(jī)器人分揀系統(tǒng)，然后闡述了視覺(jué)識(shí)別機(jī)器人在分揀系統(tǒng)中的具體設(shè)計(jì)，包括其組成部分以及排序過(guò)程，最后著重探討了視覺(jué)識(shí)別機(jī)器人在分揀系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用，如：相機(jī)校準(zhǔn)、工件定位、運(yùn)動(dòng)控制、圖像匹配等，以此提升分揀效率。

隨著我國(guó)信息技術(shù)的發(fā)展，在分揀系統(tǒng)中逐漸應(yīng)用視覺(jué)識(shí)別機(jī)器人，提高了分揀精度；同時(shí)，視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)具有良好的適應(yīng)性，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中能夠得到廣泛的應(yīng)用。該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的靈活性，可有效協(xié)助生產(chǎn)作業(yè)，將其應(yīng)用在工件識(shí)別等工作中，促使視覺(jué)識(shí)別機(jī)器人達(dá)到較高的識(shí)別效果。

1 視覺(jué)識(shí)別機(jī)器人分揀系統(tǒng)

目前，在分揀系統(tǒng)中經(jīng)常采用視覺(jué)識(shí)別機(jī)器人進(jìn)行分揀工作，通過(guò)該系統(tǒng)能夠識(shí)別物體的具體位置，并可以針對(duì)物體的類(lèi)型進(jìn)行精準(zhǔn)的分類(lèi)。該系統(tǒng)由標(biāo)定模塊、制作模塊、觸發(fā)模塊、采集模塊等各模塊組合而成，因而其具有較多的功能。該項(xiàng)技術(shù)通常應(yīng)用在食品、藥品等分揀工作中，利用分揀系統(tǒng)中的視覺(jué)識(shí)別機(jī)器人可將特定物品放置到指定的位置，其定位精準(zhǔn)率在98%左右。另外，該系統(tǒng)還經(jīng)常應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，其具有良好的圖像處理功能，通過(guò)視覺(jué)識(shí)別機(jī)器人能夠快速的抓取物品并進(jìn)行精確的分類(lèi)；該系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)測(cè)量物體的點(diǎn)位和獲取物體旋轉(zhuǎn)的角度來(lái)記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。

2 視覺(jué)識(shí)別機(jī)器人在分揀系統(tǒng)中的具體設(shè)計(jì)

2.1 組成部分

本設(shè)計(jì)在機(jī)器人的選擇上，選用RH6機(jī)器人模型進(jìn)行分析，該機(jī)器人包含不同的性能，能夠?qū)⒎謷到y(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確的劃分，如機(jī)械抓取、相機(jī)平臺(tái)等。在分揀系統(tǒng)的相關(guān)平臺(tái)中，還可設(shè)置排序槽來(lái)有效增強(qiáng)識(shí)別的準(zhǔn)確度，當(dāng)工件進(jìn)行精確定位后，可以將其傳輸?shù)街付ǖ呐判虿壑?。另外，本設(shè)計(jì)采用攝像機(jī)設(shè)備，以便展示出清晰的視覺(jué)圖像。在相機(jī)的選擇上，應(yīng)當(dāng)選單眼類(lèi)相機(jī)，其可有效識(shí)別工業(yè)金屬物件，收集物件的相關(guān)信息。同時(shí)，還需選擇質(zhì)量較好的相機(jī)，通常選用LED光源，有助于相機(jī)快速成像。此外，在該分揀系統(tǒng)中，包含可視化軟件、PC等，此類(lèi)設(shè)備可將信息進(jìn)行合理的排序，便于對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行整合計(jì)算，以此完成工件的抓取工作。分揀系統(tǒng)物品傳輸如圖1所示。

2.2 排序過(guò)程

圖1 分揀系統(tǒng)物品傳輸

在工業(yè)加工過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)利用分揀系統(tǒng)進(jìn)行排序。在實(shí)際的排序過(guò)程中，分揀系統(tǒng)需將圖像按照序列的形式顯示出來(lái)，并將其導(dǎo)入到PC中。同時(shí)，利用攝像機(jī)對(duì)工件進(jìn)行精準(zhǔn)定位，繼而對(duì)其進(jìn)行有效處理，在精準(zhǔn)識(shí)別后，獲取工件的相關(guān)參數(shù)。在排序過(guò)程中，通常會(huì)將圖像進(jìn)行預(yù)處理并找出目標(biāo)，合理分析得到的有關(guān)信息，其中利用圖像處理功能可有效收集攝像機(jī)拍攝的圖像。在找尋目標(biāo)過(guò)程中，分揀系統(tǒng)可對(duì)圖像進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚聿?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)流程各環(huán)節(jié)，掌握工件的各種類(lèi)型，對(duì)工件進(jìn)行精準(zhǔn)的識(shí)別和合理的分類(lèi)，達(dá)到良好的應(yīng)用效果。

3 視覺(jué)識(shí)別機(jī)器人在分揀系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 相機(jī)校準(zhǔn)

在分揀系統(tǒng)中需要加強(qiáng)校準(zhǔn)工作，應(yīng)當(dāng)選擇特定的工件，明確具體的分揀對(duì)象，結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際情況做出相應(yīng)的處理，以此達(dá)到攝像機(jī)的標(biāo)定工作。在相機(jī)校準(zhǔn)的過(guò)程中包含較多的內(nèi)容，如坐標(biāo)系、空間位置等。在設(shè)定坐標(biāo)系時(shí)，需要在機(jī)器人處置工件期間進(jìn)行，將工件放置在傳輸帶上并立即對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定，以此確定相應(yīng)的坐標(biāo)系。通過(guò)視覺(jué)識(shí)別機(jī)器人的分揀系統(tǒng)，可有效利用相機(jī)的校準(zhǔn)功能，準(zhǔn)確識(shí)別工件的具體位置并對(duì)工件進(jìn)行精確的標(biāo)定，促使該系統(tǒng)能夠及時(shí)識(shí)別工件，以此達(dá)到準(zhǔn)確的識(shí)別效果，提高分揀效率。分揀系統(tǒng)相機(jī)校準(zhǔn)如圖2所示。

圖2 分揀系統(tǒng)相機(jī)校準(zhǔn)

3.2 工件定位

分揀系統(tǒng)應(yīng)該具有工件識(shí)別和定位的功能，通過(guò)工件的識(shí)別和定位來(lái)提高機(jī)器人排序的準(zhǔn)確性。工件有許多種不同的材料組成，需要根據(jù)所用材料在識(shí)別與定位時(shí)選擇不同的匹配技術(shù)。研究視覺(jué)工業(yè)機(jī)器人分揀系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在比較流行的是區(qū)域、特征以及相位匹配3種技術(shù)。目前，應(yīng)用最廣泛的是特征匹配技術(shù)，該匹配方式在識(shí)別與定位過(guò)程中有著更高的的準(zhǔn)確率，區(qū)域、特征匹配技術(shù)存在著較多缺點(diǎn)，應(yīng)用范圍較窄。

分揀過(guò)程中的工件識(shí)別也叫做圖像識(shí)別，其主要設(shè)備為相機(jī)，在工件識(shí)別之前，相機(jī)會(huì)錄入正確的工件圖像。在分揀系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)相機(jī)獲得的圖像與已經(jīng)錄入的圖像進(jìn)行對(duì)比，主要通過(guò)對(duì)比工件的圖像信息和主要參數(shù)，對(duì)于確定工件的位置具有明顯的作用。同時(shí)，工件定位也是分揀系統(tǒng)的重要內(nèi)容之一，其主要是完成工件的排序，需要做好排序?qū)ο蟮亩ㄎ灰约按_保定位的準(zhǔn)確性，主要設(shè)備也是相機(jī)。

3.3 運(yùn)動(dòng)控制

在分揀過(guò)程中，預(yù)處理攝像機(jī)需要對(duì)所拍攝的圖片進(jìn)行處理，之后才能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的效果。通過(guò)相關(guān)設(shè)備運(yùn)行得到工件的坐標(biāo)，保證其準(zhǔn)確性。在該過(guò)程中計(jì)算機(jī)有重要的作用，計(jì)算機(jī)可以通過(guò)內(nèi)部系統(tǒng)和坐標(biāo)參數(shù)對(duì)機(jī)器發(fā)出指令，輸送帶上的工件會(huì)根據(jù)指令運(yùn)送到指定的位置，機(jī)器人以此對(duì)工件進(jìn)行分揀工作。視覺(jué)機(jī)器人的各個(gè)組成部分有著不同的作用，要注意選擇高質(zhì)量的工業(yè)相機(jī)、光源以及鏡頭；同時(shí)，也要重視圖像處理的通信協(xié)議，視覺(jué)系統(tǒng)的標(biāo)定主要是通過(guò)相機(jī)拍攝的參數(shù)確定的。廠商會(huì)根據(jù)具體情況匹配硬件和軟件系統(tǒng)，以確保分揀的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。

3.4 圖像匹配

視覺(jué)識(shí)別機(jī)器人在分揀系統(tǒng)中還可應(yīng)用到圖像匹配工作中，在匹配方案的基礎(chǔ)上，利用機(jī)器人分揀系統(tǒng)可直接對(duì)物體進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別并對(duì)其合理分類(lèi)，通過(guò)找尋指定物體，利用其參考模板對(duì)圖像進(jìn)行精準(zhǔn)匹配。在圖像匹配設(shè)計(jì)過(guò)程中需制作多個(gè)模板，便于對(duì)圖像進(jìn)行有效分配。另外，在模板制作完成后，需要將模板有關(guān)信息保存在相關(guān)電子設(shè)備中，并為其設(shè)置單獨(dú)的文件，通過(guò)硬盤(pán)讀取獲得相關(guān)的內(nèi)容，利用節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)模板保存。針對(duì)有關(guān)程序進(jìn)行賦值，在采集過(guò)程中進(jìn)行匹配計(jì)算，以此可得到準(zhǔn)確的結(jié)果。在圖像匹配的程序中，其界面包含較多的內(nèi)容，如參數(shù)設(shè)置、結(jié)果顯示等。工作人員通過(guò)界面顯示的信息可以了解分揀系統(tǒng)的相關(guān)信息。在整體的程序中，如參數(shù)設(shè)置不符合要求則會(huì)出現(xiàn)警告的窗口，以此進(jìn)行初始化。若參數(shù)設(shè)置成功后則會(huì)出現(xiàn)開(kāi)始的頁(yè)面，點(diǎn)擊該按鈕，繼而進(jìn)入后臺(tái)程序，檢查收集到的各個(gè)圖片，確保其信號(hào)保存的格式符合要求，并將圖像進(jìn)行整理形成相應(yīng)的匹配方案，以此形成報(bào)文形式完成圖像的匹配工作。

結(jié)束語(yǔ)：視覺(jué)識(shí)別機(jī)器人在分揀系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)加大對(duì)智能系統(tǒng)的研究。利用視覺(jué)識(shí)別機(jī)器人分揀系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確對(duì)工件物體等進(jìn)行識(shí)別定位，還可應(yīng)用在相機(jī)校準(zhǔn)以及圖像匹配等方面，繼而完成分揀工作，提高分揀效率。