基于機器人的分揀系統設計研究

陳周華

摘要 機器人分揀系統是一種把機器視覺作為基礎技術，根據MOTOMAN-UPJ機器人原理建立的試驗系統。這種獨特的機器人分揀系統包含了機器人、圖像采集卡以及自主研發的分揀控件等模塊，其工作原理與操作過程為：當作業目標陸續進入分揀作業區域時，其相機就會實時地采集作業目標圖像，接著機器人軟件會根據作業對象的圖像開始一系列的分析計算，更改作業目標的坐標位置，分辨識讀目標對象的分類信息以及維護分揀對象的秩序穩定，這樣就能達到對機器人的分揀動作進行精確控制的目標。

關鍵詞 機器人視覺；分揀系統；控制目標

中圖分類號 TP24 文獻標識碼 A 文章編號 2095—6363（2016）13—0022—01

1機器人分揀技術概述

基于機器視覺的機器人分揀系統包括2個部分：硬件及軟件。其中機器人分揀系統的硬件包括機器人、Pc機、相機、圖像采集卡以及傳送帶等主要部分；軟件則是分揀控制平臺及動態鏈接庫共同完成運作。基于機器視覺的機器人分揀系統運作方式為：當作業目標陸續進入分揀作業區域的時候，其相機就會實時地采集作業目標圖像，緊接著機器人軟件根據作業對象的圖像開始一系列的分析計算，更改作業目標的坐標位置，分辨識讀目標對象的分類信息以及維護分揀對象的秩序穩定，這樣就能對機器人的分揀動作進行精確控制定位，把產品精確地放在指定坐標，其具體工作流程如圖1所示。

2機器人分揀系統設計

2.1硬件設計

一般情況下（具體視工業生產需求情況而定）機器人分揀系統的構成硬件有PC、工業相機鏡頭、圖像采集器、智能機器人等關鍵部分。

1）工業相機。工業相機是機器人分揀系統的重要組成模塊，屬于系統的視覺基石。因此，沒有相機標定基礎的視覺機器人就像失去眼睛的人，根本談不上進行視覺定位。而基本的工業相機標定是為了建立圖像坐標系和空間位置坐標系，并且聯系兩者之間的對應關系，然后分析相機定位結果，精準判斷抓取對象在機器人坐標中的具體坐標，其是機器人分揀系統的基礎構成。

2）圖像采集卡。圖像采集卡是機器人分揀系統的視覺組成部分，相當于人類的視覺神經功能，其可以將前文所提的相機標定的圖像進行目標提取，也可稱其為圖像分割，再根據圖像具體特征如形狀、大小等把目標提取出來。

3）PC及機器人系統。PC及機器人系統就像人類的大腦，其將經過工業相機拍攝作業場景及作業對象的視頻信號輸送到圖像采集卡，再經過圖像采集卡的視頻轉換分析并且輸出為數字圖像，通過這樣一系列的前期處理流程之后，Pc和機器人系統會通過控制程序發出具體目標指令，最后機械臂收到指令并反映出相應動作，最終完成一次機器人分揀動作。

2.2軟件設計

即使我國已經加大機器人的研究與使用工作力度，但是由于機器人的種類和造型不盡相同，加之國內機器人技術起步較晚，因此在機器人技術核心——軟件系統研發工作中，與國外技術相比依舊處于薄弱地位。目前我國提出了幾種科學性較高的算法，如連通域矩特征提取法；貝葉斯估計跟蹤算法；目標識別法等等。上述幾種算法都能在一定程度上針對視覺機器人分揀動作提高精確程度，確保機器人分揀抓舉動作的順利完成。因此，基于視覺下的機器人分揀系統的軟件開發至關重要，只有合理科學的軟件配置才能讓硬件真正有效率的運轉起來。

為了說明這一重要問題，我們可以參考MOTOMANUP6機器人的軟件系統。MOTOMAN系列機器人控制系統運用了MOTOCOM32軟件開發包，這系列軟件由運動目標檢測、墊圈模板的建立與識別、運動目標跟蹤、機器人控制柜與Pc的通訊、I/O信號讀寫、機器人抓舉動作的基本指令、數據文件的交互以及圖像分析處理等功能共同組成。在VC++6.0上研發使用的控制平臺上，MOTOCOM32使用了在VC++6.0提供的平臺上的運作模式，Vc程序調動MOTOCOM數據庫函數，利用RS232接口對控制柜發出具體的下一步動作指令，最終智能機器人根據控制指令完成接下來相應的動作。另外，要在VC++6.0操作環境中調動使用MOTOCOM-32的數據庫函數，MOTOCOM32動態鏈接庫就必須被包含在VC++6.0的操作環境中，并且需要把幾個基本的安裝文件包保存到系統程序的目錄里面，其分別為：MotoLkr.d11、MotoCom32.d11、moto eom.h、MotoLkr.d11、vrp32.d11、MotoCom32.LIB。

3機器人運動控制與應用

基于視覺的機器人運動控制，首先要建立PC機與控制器之間的通信聯系，MOTOMAN-UP6機器人的軟件系統中，RC控制器與PC機連接有RS232串口和以太網兩種方式。在此，筆者舉例說明RS232連接方式。第一步，調用BSC Open函數獲取一個通信句柄，這個通訊句柄中的PATH是指程序的工作目錄，MODES是通訊方式（rs232=1，以太網為16），該函數返回值為通信句柄；第二步，設置通信參數，和rs232這種連接方式相比較，要自己設置具體的參數，比如：端口號、數據位數、校驗位等；而以太網連接方式，則需要設置IP數值；最后得到參數，再調用BSCCCONNNET函數，最終建立起了PC機與控制器之間的通信聯系。

4結論

本文對基于機器人的分揀系統的硬件及軟件配置進行了簡單分析，其確實具備功能多樣、靈活高、適應性好、效率高、操作精度高等特點，但是考慮到機器人分揀工作是各種情況下的作業基礎，且機器人在執行分揀工作也時有出現定位不當、無法準確識別等問題，因此必須對機器人分揀技術進行更加深入探討和分析，不斷改善技術性能，以適應不同行業生產的需要。endprint