視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在分揀機(jī)械裝置中的應(yīng)用分析

漆在林

（湖南交通工程學(xué)院，421000，湖南衡陽(yáng)）

1 視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

所謂視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)際上是應(yīng)用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)而衍生出來(lái)的完整系統(tǒng)操作模式，其主要作用是對(duì)實(shí)物進(jìn)行識(shí)別和監(jiān)測(cè)。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)最早起源于1950 年代，其主要作用是識(shí)別統(tǒng)計(jì)，直到1960 年代，開(kāi)始逐漸出現(xiàn)了實(shí)物空間或形狀的描述識(shí)別。而當(dāng)前隨著圖像傳感器及數(shù)字接口的出現(xiàn)，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)越發(fā)完善，在其帶動(dòng)下，逐漸形成了更為完整的系統(tǒng)操作模式，是相對(duì)于原有技術(shù)更為輕便、成熟的存在形式——視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)伴隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷地完善。近年來(lái)，我國(guó)在機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域處于高速發(fā)展的階段，各種各樣的新型算法的出現(xiàn)，提高了視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的識(shí)別準(zhǔn)確性和高效性。例如，基于Matlab 軟件的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，采用這種新算法重新搭建的視覺(jué)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，有效地提高了機(jī)械的識(shí)別和監(jiān)測(cè)效率[1]。

2 分揀機(jī)械裝置的組成及技術(shù)應(yīng)用

應(yīng)用視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的分揀機(jī)械裝置，能夠在進(jìn)行一些高危工作或大批量工作時(shí)代替人工操作，將人工從繁瑣或高危的工作中抽身出來(lái)，不僅帶來(lái)工作的高效，更有益于人工的安全，是符合未來(lái)工業(yè)發(fā)展要求的。

2.1 分揀機(jī)械裝置的組成

分揀機(jī)械裝置主要由圖像獲取、數(shù)據(jù)處理、信息監(jiān)測(cè)及機(jī)械執(zhí)行等多個(gè)模塊組成。分揀機(jī)械裝置通過(guò)視覺(jué)傳感器獲取外界環(huán)境中的二維圖像，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊，通過(guò)與內(nèi)部的算法相結(jié)合并進(jìn)行處理，產(chǎn)生處理結(jié)果，發(fā)送控制信號(hào)給機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)，來(lái)完成對(duì)產(chǎn)品的分揀操作。

采用這種分揀操作形式，其效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的人工操作。其通過(guò)機(jī)械拍攝獲取的原圖，與計(jì)算機(jī)提前設(shè)定好的關(guān)鍵特征進(jìn)行比較，來(lái)分析產(chǎn)品的質(zhì)量狀態(tài)。通過(guò)這樣的分析之后，系統(tǒng)給機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)返回相對(duì)應(yīng)的控制信息，來(lái)控制最終分揀裝置的執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)篩選分揀功能。例如，對(duì)于一些尺寸不足、表面存在缺陷的產(chǎn)品，通過(guò)機(jī)器的識(shí)別監(jiān)測(cè)，將其從批量產(chǎn)品中篩選、分揀出來(lái)。不僅如此，在分揀機(jī)械裝置中引入視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為一些快遞包裹或食品等的分揀提供了極大便利，通過(guò)信息監(jiān)測(cè)，進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率。所以說(shuō)，應(yīng)用視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，極大程度上減緩了人的工作壓力，提高了產(chǎn)品生產(chǎn)效率，也避免了其他因素對(duì)生產(chǎn)效率的影響。

2.2 分揀機(jī)械裝置中關(guān)鍵技術(shù)方法的應(yīng)用

實(shí)際的分揀機(jī)械裝置包含了大量實(shí)現(xiàn)操作的關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)是分揀機(jī)械裝置產(chǎn)生有效作用的關(guān)鍵部分。

目標(biāo)識(shí)別技術(shù)，是分揀機(jī)械裝置中的一類關(guān)鍵技術(shù)。其作為視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，主要是依靠不同的算法對(duì)于圖像進(jìn)行輪廓提取和特征分析對(duì)比。例如，在進(jìn)行果蔬產(chǎn)品的分揀時(shí)，通過(guò)對(duì)其輪廓的提取和關(guān)鍵特征的匹配分析，來(lái)提高果蔬的分揀質(zhì)量。

目標(biāo)標(biāo)定和跟蹤技術(shù)，是針對(duì)目標(biāo)物體在不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，分揀機(jī)械裝置獲取目標(biāo)圖像信息的一類技術(shù)手段。當(dāng)既定的目標(biāo)對(duì)象為靜態(tài)時(shí)，采用的是目標(biāo)標(biāo)定技術(shù)，此時(shí)的分揀機(jī)械裝置能夠根據(jù)與實(shí)物的相對(duì)位置來(lái)改變自身的運(yùn)動(dòng)軌跡，來(lái)獲取圖片信息。而當(dāng)既定的目標(biāo)為動(dòng)態(tài)時(shí)，采用的是目標(biāo)跟蹤技術(shù)，因?yàn)樵趧?dòng)態(tài)下，對(duì)視覺(jué)監(jiān)測(cè)裝置的穩(wěn)定性要求相對(duì)較高，而目標(biāo)跟蹤技術(shù)，就能夠根據(jù)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的物體，預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的位置，這為動(dòng)態(tài)圖像的獲取提供了更高的精確性。

分揀執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃，是分揀機(jī)械裝置有效分揀的關(guān)鍵部分。在進(jìn)行目標(biāo)分揀的過(guò)程中，為了防止分揀裝置因軌跡的不一致而造成目標(biāo)碰撞等問(wèn)題，越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始不斷研究更好的軌跡規(guī)劃方式，現(xiàn)今常用的軌跡規(guī)劃方法有多項(xiàng)式插值法、擺線法等。

3 視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在產(chǎn)品分揀裝置中的應(yīng)用分析

基于視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的產(chǎn)品分揀裝置的應(yīng)用，可以替代人工從事一些相對(duì)復(fù)雜的工作?，F(xiàn)今，其開(kāi)始被不斷地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)等行業(yè)。

3.1 在果蔬類分揀裝置中的應(yīng)用

中國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，擁有著豐富的果蔬資源，對(duì)果蔬的處理不及時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)腐爛、存儲(chǔ)時(shí)間短等問(wèn)題。這類問(wèn)題的產(chǎn)生，就促使在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，要盡量減少相關(guān)作業(yè)處理的時(shí)間消耗，盡可能延長(zhǎng)果蔬的保鮮時(shí)間供居民消費(fèi)。而為減少不必要的時(shí)間消耗，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)果蔬處理中采用了分揀機(jī)械裝置，能有效解決這類問(wèn)題。

對(duì)于這類分揀裝置，其主要是通過(guò)視覺(jué)傳感器，來(lái)收集果蔬的各種圖像信息，再將其傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊，進(jìn)行圖像信息的分析處理，最終將分析結(jié)果的控制信息傳到并聯(lián)機(jī)械手中，讓其進(jìn)行最終的結(jié)果處理。

對(duì)于末端執(zhí)行器的選擇，需要結(jié)合實(shí)際處理目標(biāo)物體的特征，來(lái)選擇不同的機(jī)械設(shè)備。例如，對(duì)于果蔬分揀裝置的執(zhí)行器，通常會(huì)采用基于Delta 機(jī)構(gòu)原理制造的并聯(lián)機(jī)械手，因?yàn)槠湓谶x材、設(shè)計(jì)上都能更好地解決分揀效率低等問(wèn)題。

3.2 在機(jī)械零件分揀裝置中的應(yīng)用

對(duì)一些機(jī)械零件類的分揀，是現(xiàn)代工業(yè)中十分必要的環(huán)節(jié)?，F(xiàn)今出現(xiàn)了越來(lái)越小的機(jī)械零件，對(duì)這些零件的處理常常會(huì)帶來(lái)更多的人力需求。不僅如此，分揀這些零件具有繁雜、瑣碎且不易區(qū)分等的困擾，也給操作人員帶來(lái)了極大的區(qū)分麻煩。但采用機(jī)械分揀的方式，不僅省時(shí)，還能省力，減少了人員的壓力。這種分揀方式，與果蔬類有著很大的相似之處，其主要是通過(guò)視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將二維的實(shí)物影像作為信息，輸入計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)處理模塊，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的分析處理，再將其傳送至執(zhí)行部分。這樣通過(guò)一系列的圖像獲取、圖像處理和分析、輸出或顯示等處理，不僅實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體的分揀，更多的是減輕了人工操作的壓力，符合未來(lái)工業(yè)發(fā)展的要求。

而對(duì)于這類末端器械，通常采用具有兩平動(dòng)自由度、輕型的并聯(lián)機(jī)械手[2]。對(duì)于這類執(zhí)行器，其主要是滿足高精準(zhǔn)控制的需要，這一點(diǎn)是與機(jī)械類零件的分揀要求相互契合的。

3.3 在燈器類分揀裝箱裝置中的應(yīng)用

燈器類作為易碎產(chǎn)品，在裝箱和挑選合格產(chǎn)品的過(guò)程中，是不易保存的產(chǎn)品，所以，在生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)人工的需求量相對(duì)較大。不僅如此，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，分揀和裝箱是兩個(gè)分開(kāi)操作的過(guò)程，這樣不僅增加了輾轉(zhuǎn)的工作流程，而且也提高了其損壞的幾率，這種狀況也就逐漸成為了產(chǎn)量效率相對(duì)較低的重要影響因素。

但隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一種新型的基于視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的分揀裝箱裝置。其工作流程與大多只有分揀的過(guò)程稍有不同，增加了一個(gè)裝箱的過(guò)程。其通過(guò)視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)篩選，先辨別燈器的質(zhì)量是否合格，然后將合格的燈器通過(guò)末端的執(zhí)行器，將其放置在質(zhì)量要求過(guò)關(guān)的箱中，最終完成分揀和裝箱的整個(gè)過(guò)程。這類新型的分揀機(jī)械裝置不僅具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高等特性，而且應(yīng)用這類裝置，還縮短了燈器類產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，大大提高了生產(chǎn)效率。

4 總結(jié)

視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在分揀機(jī)械裝置中的應(yīng)用是相當(dāng)廣泛的，其具有的特點(diǎn)或特性，不僅減少了大量的人力和物力資源，而且極大地提高了生產(chǎn)效率。這對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一種提高經(jīng)濟(jì)效益的有效方式。