基于機(jī)器人的分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

陳周華

摘要 機(jī)器人分揀系統(tǒng)是一種把機(jī)器視覺作為基礎(chǔ)技術(shù)，根據(jù)MOTOMAN-UPJ機(jī)器人原理建立的試驗(yàn)系統(tǒng)。這種獨(dú)特的機(jī)器人分揀系統(tǒng)包含了機(jī)器人、圖像采集卡以及自主研發(fā)的分揀控件等模塊，其工作原理與操作過程為：當(dāng)作業(yè)目標(biāo)陸續(xù)進(jìn)入分揀作業(yè)區(qū)域時，其相機(jī)就會實(shí)時地采集作業(yè)目標(biāo)圖像，接著機(jī)器人軟件會根據(jù)作業(yè)對象的圖像開始一系列的分析計(jì)算，更改作業(yè)目標(biāo)的坐標(biāo)位置，分辨識讀目標(biāo)對象的分類信息以及維護(hù)分揀對象的秩序穩(wěn)定，這樣就能達(dá)到對機(jī)器人的分揀動作進(jìn)行精確控制的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞 機(jī)器人視覺；分揀系統(tǒng)；控制目標(biāo)

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

1機(jī)器人分揀技術(shù)概述

基于機(jī)器視覺的機(jī)器人分揀系統(tǒng)包括2個部分：硬件及軟件。其中機(jī)器人分揀系統(tǒng)的硬件包括機(jī)器人、Pc機(jī)、相機(jī)、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(tài)鏈接庫共同完成運(yùn)作。基于機(jī)器視覺的機(jī)器人分揀系統(tǒng)運(yùn)作方式為：當(dāng)作業(yè)目標(biāo)陸續(xù)進(jìn)入分揀作業(yè)區(qū)域的時候，其相機(jī)就會實(shí)時地采集作業(yè)目標(biāo)圖像，緊接著機(jī)器人軟件根據(jù)作業(yè)對象的圖像開始一系列的分析計(jì)算，更改作業(yè)目標(biāo)的坐標(biāo)位置，分辨識讀目標(biāo)對象的分類信息以及維護(hù)分揀對象的秩序穩(wěn)定，這樣就能對機(jī)器人的分揀動作進(jìn)行精確控制定位，把產(chǎn)品精確地放在指定坐標(biāo)，其具體工作流程如圖1所示。

2機(jī)器人分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1硬件設(shè)計(jì)

一般情況下（具體視工業(yè)生產(chǎn)需求情況而定）機(jī)器人分揀系統(tǒng)的構(gòu)成硬件有PC、工業(yè)相機(jī)鏡頭、圖像采集器、智能機(jī)器人等關(guān)鍵部分。

1）工業(yè)相機(jī)。工業(yè)相機(jī)是機(jī)器人分揀系統(tǒng)的重要組成模塊，屬于系統(tǒng)的視覺基石。因此，沒有相機(jī)標(biāo)定基礎(chǔ)的視覺機(jī)器人就像失去眼睛的人，根本談不上進(jìn)行視覺定位。而基本的工業(yè)相機(jī)標(biāo)定是為了建立圖像坐標(biāo)系和空間位置坐標(biāo)系，并且聯(lián)系兩者之間的對應(yīng)關(guān)系，然后分析相機(jī)定位結(jié)果，精準(zhǔn)判斷抓取對象在機(jī)器人坐標(biāo)中的具體坐標(biāo)，其是機(jī)器人分揀系統(tǒng)的基礎(chǔ)構(gòu)成。

2）圖像采集卡。圖像采集卡是機(jī)器人分揀系統(tǒng)的視覺組成部分，相當(dāng)于人類的視覺神經(jīng)功能，其可以將前文所提的相機(jī)標(biāo)定的圖像進(jìn)行目標(biāo)提取，也可稱其為圖像分割，再根據(jù)圖像具體特征如形狀、大小等把目標(biāo)提取出來。

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

2.2軟件設(shè)計(jì)

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

為了說明這一重要問題，我們可以參考MOTOMANUP6機(jī)器人的軟件系統(tǒng)。MOTOMAN系列機(jī)器人控制系統(tǒng)運(yùn)用了MOTOCOM32軟件開發(fā)包，這系列軟件由運(yùn)動目標(biāo)檢測、墊圈模板的建立與識別、運(yùn)動目標(biāo)跟蹤、機(jī)器人控制柜與Pc的通訊、I/O信號讀寫、機(jī)器人抓舉動作的基本指令、數(shù)據(jù)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(fā)使用的控制平臺上，MOTOCOM32使用了在VC++6.0提供的平臺上的運(yùn)作模式，Vc程序調(diào)動MOTOCOM數(shù)據(jù)庫函數(shù)，利用RS232接口對控制柜發(fā)出具體的下一步動作指令，最終智能機(jī)器人根據(jù)控制指令完成接下來相應(yīng)的動作。另外，要在VC++6.0操作環(huán)境中調(diào)動使用MOTOCOM-32的數(shù)據(jù)庫函數(shù)，MOTOCOM32動態(tài)鏈接庫就必須被包含在VC++6.0的操作環(huán)境中，并且需要把幾個基本的安裝文件包保存到系統(tǒng)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(jī)器人運(yùn)動控制與應(yīng)用

基于視覺的機(jī)器人運(yùn)動控制，首先要建立PC機(jī)與控制器之間的通信聯(lián)系，MOTOMAN-UP6機(jī)器人的軟件系統(tǒng)中，RC控制器與PC機(jī)連接有RS232串口和以太網(wǎng)兩種方式。在此，筆者舉例說明RS232連接方式。第一步，調(diào)用BSC Open函數(shù)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(wǎng)為16），該函數(shù)返回值為通信句柄；第二步，設(shè)置通信參數(shù)，和rs232這種連接方式相比較，要自己設(shè)置具體的參數(shù)，比如：端口號、數(shù)據(jù)位數(shù)、校驗(yàn)位等；而以太網(wǎng)連接方式，則需要設(shè)置IP數(shù)值；最后得到參數(shù)，再調(diào)用BSCCCONNNET函數(shù)，最終建立起了PC機(jī)與控制器之間的通信聯(lián)系。

4結(jié)論

本文對基于機(jī)器人的分揀系統(tǒng)的硬件及軟件配置進(jìn)行了簡單分析，其確實(shí)具備功能多樣、靈活高、適應(yīng)性好、效率高、操作精度高等特點(diǎn)，但是考慮到機(jī)器人分揀工作是各種情況下的作業(yè)基礎(chǔ)，且機(jī)器人在執(zhí)行分揀工作也時有出現(xiàn)定位不當(dāng)、無法準(zhǔn)確識別等問題，因此必須對機(jī)器人分揀技術(shù)進(jìn)行更加深入探討和分析，不斷改善技術(shù)性能，以適應(yīng)不同行業(yè)生產(chǎn)的需要。endprint