機器視覺下機器人辨識與自動香煙分揀系統研究

楊耀偉

（河南中煙工業有限責任公司，河南鄭州，450000）

1 香煙配送中心分揀方法基礎理論分析

1.1 香煙分揀系統方法分析

EIQ分析法是日本研究學者提出，即所謂的訂單數量、商品類型。規劃方法是不確定和波動條件下的配送中心系統的一種規劃方法。其目的在于依據配送中心的目的掌握物流特征，并從物流特征中推導出物流狀態，例如從配送中心的設備到用戶的物流特征，再到運營模式等，可以有效地進行物流活動。規劃系統的大型框架結構，并從宏觀角度有效地把握系統特征。

EIQ分析主要基于定量分析。常用的統計方法包括平均值法、最大值和最小值法、柏拉圖分析法、總數法、頻率分布法等。為深入掌握配送中心實際的物流特征，僅憑單天數據分析無法判斷和得出結論。但是，如果對整年的數據進行分析，由于數據量巨大，分析過程通常耗費較長時間[2]。所以，首先要對單日發貨量初步進行分析，以找出可能的操作周期及其波動范圍。如果每個周期的發貨量大致相似，則可以縮小數據范圍，并在較小的周期中使用數據進行分析。如果每個周期的趨勢相似，但操作量仍然相差甚遠，則應將數據適當分組，然后找出每組中代表性數據進行分析，這便是訂單數據的抽樣。在分析訂單項的數量時，必須首先考慮時間范圍和單位。

1.2 常用香煙自動、半自動分揀設備

1.2.1 塔式分揀系統

塔式分揀系統是在香煙分揀系統中較早使用的具有較高自動化水平的分揀設備，與電子標簽分類方法相比，分類效率大大提高、減輕工人的勞動量，減少工人分揀數量。單個塔式分揀機具有多個分揀通道。每個渠道都可以分類一個品牌香煙。依據卷煙品牌的數量，可以結合對應數量的塔式分揀機來形成塔式分揀系統。塔式分揀系統由塔架、導煙通道、排煙裝置、輸送設備、控制柜、印刷顯示屏等構成。塔式分揀系統利用手動裝煙，但需要拆箱進行補煙。香煙填充方式更加復雜，對于分揀量大的卷煙來說，其填充所需勞動強度較高。所以，塔式分揀機更適合小卷煙的分揀作業。分揀機的分揀動作是通過現場總線接收上位機的分揀信息并控制卷煙電動機的動作而完成，具有較高自動化水平，且錯誤率較低。

1.2.2 通道式分揀系統

目前，國內應用的大型通道卷煙分選設備是較為先進的自動卷煙分選設備，它由機架、卷煙送料機構、卷煙分選機構和控制機構構成。該設備具有較高自動化水平，并采用了傳統的分揀觀念，每個卷煙品牌占據一個渠道，單個大品牌可能占據多個通道，煙草補充操作可以手動或通過機械自動完成。該設備的卷煙輸出動作是通過機械裝置將香煙推出，分選機可以一次動作產生多條卷煙。

1.3 香煙配送中心分揀系統理論規劃

分揀操作是根據客戶的訂單要求或配送中心的操作計劃，以最快速度對商品從其存儲區域或其他區域進行分類和集中的過程。分揀過程如圖1所示。

圖1 機器人卷煙分揀系統作業流程圖

2 機器人自動分揀控制系統設計與實現

2.1 機器人香煙自動分揀系統控制器

隨著現代技術廣泛應用，控制器種類和數量逐漸增多，功能也越來越完善，合理的選擇對改善控制系統的技術和經濟指標有著至關重要的作用。選擇控制機型的基本原則應是在確保滿足功能要求的前提下，方便維護與使用以及具備最佳功能性價比，選擇控制機型時要考慮以下功能指標：

(1)CPU功能

CPU容量是選擇控制機型最重要的功能指標，也是選擇機型時首先要考慮的因素。它包括處理器數量和位數。

(2)機器人控制機存儲器容量

PLC系統的存儲器由兩部分構成，即存儲程序和所需數據的存儲器。前者主要由EPROM組成，而后者則由RAM組成。在形成機器人之前，制造商已在機器人內編入用于存儲系統程序的存儲器，用戶無法更改或訪問。機器人容量大小一經確定，不會因某種因素發生變動。后者隨著生產復雜性而發生變化。在機器人生產中，制造商已根據機器控制器型號大小設置具有一定存儲容量的存儲器。

(3)機器人掃描速度

PLC可被視為系統軟件支持的掃描設備，它已經反復掃描并執行系統軟件指定的任務。 為確保生產系統能夠正常平穩運行，保證最長掃描周期必須小于該系統電器更改狀態的時間。

2.2 機器人香煙自動分揀控制系統實現

在該機器人系統中，其主要用作下位計算機，以控制和收集系統底部的數據。依據控制需求，該程序主要由初始化程序、煙草補充程序、分選算法程序、包裝程序等組成，機器人分揀系統的主程序流程圖如圖2所示。

圖2 機器人自動分揀系統主程序流程圖

3 結語

目前關于香煙分揀系統不能在分揀后自動存儲不同類型香煙的問題。文章提到一種機器人辨識多通道自動卷煙分揀機構。支撐板上布置有導向板，并且在導向板上布置有滑槽。在通過前部裝置將香煙送入引導板之后，引導板圍繞支撐件旋轉，以使香煙滑入存儲盒中。有效解決目前卷煙分揀無法實現自動分揀與存儲一體化、增加人工成本等問題，進一步提高設備操作自動化水平，從而大幅度降低生產成本。