基于視覺(jué)識(shí)別的垃圾分類(lèi)機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

覃南強(qiáng)　梁先斌　賈國(guó)庫(kù)

【摘 要】為解決垃圾分類(lèi)自動(dòng)化的問(wèn)題，文章設(shè)計(jì)一套基于視覺(jué)識(shí)別的智能分揀系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)的總體方案和控制方案，設(shè)計(jì)了傳送帶裝置、視覺(jué)系統(tǒng)，通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)識(shí)別和工業(yè)機(jī)器人動(dòng)態(tài)跟蹤抓取實(shí)現(xiàn)了垃圾分揀功能。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)機(jī)器人;垃圾分揀;視覺(jué)識(shí)別;AGV小車(chē)

【中圖分類(lèi)號(hào)】TP242 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2020）08-0046-02

0 引言

人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生越來(lái)越多的垃圾無(wú)法處理，然而垃圾是放錯(cuò)地方的資源，通過(guò)實(shí)施垃圾分類(lèi)措施，可以變廢為寶，既處理了無(wú)法安置的垃圾，又節(jié)省了生產(chǎn)原料。但因各種原因，例如人們的環(huán)保意識(shí)不強(qiáng)和垃圾種類(lèi)繁多等，目前實(shí)際的情況是很多垃圾混合在一起，并沒(méi)有真正做到垃圾分類(lèi)。本文設(shè)計(jì)一套垃圾分類(lèi)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)垃圾分類(lèi)的自動(dòng)化，可用于教學(xué)和演示，也可以作為實(shí)際垃圾分類(lèi)工程應(yīng)用的雛形。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用兩臺(tái)小型工業(yè)機(jī)器人、工業(yè)視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)、小型傳送帶、AGV小車(chē)、通用臺(tái)架等設(shè)備，自動(dòng)完成對(duì)分揀對(duì)象的傳送、識(shí)別、抓取、分揀和裝載等一系列任務(wù)，形成一條小型循環(huán)演示生產(chǎn)線。整個(gè)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，可單獨(dú)分為機(jī)器人識(shí)別分揀系統(tǒng)和機(jī)器人上下料系統(tǒng)，每個(gè)分系統(tǒng)也可單獨(dú)進(jìn)行操作演示（如圖1所示）。

整個(gè)過(guò)程有如下幾步。第一步：傳送帶上傳送著各類(lèi)物品，分揀機(jī)器人通過(guò)視覺(jué)控制系統(tǒng)識(shí)別分揀對(duì)象，將從傳送帶上抓取的物品放入相應(yīng)的垃圾盒內(nèi)。第二步：AGV小車(chē)載著垃圾桶沿著指定路線開(kāi)向下一個(gè)站點(diǎn)。第三步：AGV小車(chē)到位后，負(fù)責(zé)裝載的機(jī)器人抓取垃圾盒，將垃圾全部倒在振動(dòng)盤(pán)上，與此同時(shí)，AGV小車(chē)開(kāi)始將備用垃圾盒運(yùn)回初始位置。第四步：振動(dòng)盤(pán)將垃圾逐個(gè)振出到傳送帶上，此時(shí)小車(chē)已回到原點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)演示。

2 系統(tǒng)控制方案

在智能分揀中，控制系統(tǒng)是核心部分，保證智能分揀各個(gè)組成部分的協(xié)調(diào)工作?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

控制系統(tǒng)中，PLC作為中央控制系統(tǒng)，接收并處理視覺(jué)檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人和傳送帶編碼器發(fā)送過(guò)來(lái)的信號(hào)，控制系統(tǒng)的啟停和告知機(jī)器人執(zhí)行相應(yīng)的程序，控制整個(gè)系統(tǒng)的工作和循環(huán)。PLC接有人機(jī)交互的觸摸屏，觸摸屏主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)各部分的參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)顯示等。

3 智能分揀系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 工業(yè)機(jī)器人選擇

需要一臺(tái)品牌為“ABB”、型號(hào)為IRB120-3/0.6的小型工業(yè)機(jī)器人作為分揀執(zhí)行單元，負(fù)責(zé)將傳送帶上的物品依次撿取并分類(lèi)放入垃圾盒內(nèi)?？刂戚S數(shù)為6軸;工作范圍為580 mm;機(jī)器人重量為25 kg;載重為3 kg;重復(fù)定位精度為±0.01 mm。

另需一臺(tái)品牌為“FANUC”，型號(hào)為L(zhǎng)R Mate 200 iD的小型工業(yè)機(jī)器人作為裝載單元，負(fù)責(zé)將垃圾盒里的垃圾一次性全部倒在振動(dòng)盤(pán)上?？刂戚S數(shù)為6軸;工作范圍為717 mm;機(jī)器人重量為25 kg;載重為7 kg;重復(fù)定位精度為±0.02 mm。機(jī)器人尺寸圖如圖3所示。

3.2 視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

視覺(jué)檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng)主要包括支架、智能相機(jī)、鏡頭、光源和IO通信模塊，其中智能相機(jī)、鏡頭和光源安裝在工業(yè)機(jī)器人手腕端，IO通信模塊通過(guò)線纜與智能相機(jī)連接。

3.3 傳送帶設(shè)計(jì)

傳送帶的作用為接收振動(dòng)盤(pán)上掉落的垃圾，以可調(diào)的速度，將垃圾從FANUC機(jī)器人端運(yùn)到ABB機(jī)器人端。根據(jù)機(jī)器人分揀操作速度、AGV小車(chē)循環(huán)一周時(shí)間及安裝臺(tái)尺寸，確定傳送帶相關(guān)參數(shù)如下：長(zhǎng)1 000 mm、寬175 mm，框架鋁板，皮帶1 mm，綠色，承重20 kg，速度為0～10 m/min，預(yù)留接口與機(jī)器人和控制系統(tǒng)通信。

3.4 AGV小車(chē)

當(dāng)垃圾盒裝滿垃圾后，AGV小車(chē)將垃圾盒連同架子頂起，接著運(yùn)輸?shù)嚼修D(zhuǎn)站。為了實(shí)現(xiàn)演示循環(huán)，本文設(shè)計(jì)了兩套垃圾盒及貨架。AGV小車(chē)將垃圾放下后，繼續(xù)移動(dòng)向前，將另一空垃圾盒及架子頂起，然后運(yùn)輸?shù)窖h(huán)起點(diǎn)處?？紤]到場(chǎng)地何負(fù)載問(wèn)題，最終選擇快倉(cāng)公司的朱雀M15A小車(chē)，尺寸大小為620 mm×538 mm×221 mm，自重為78 kg，負(fù)載為150 kg，導(dǎo)航方式為激光導(dǎo)航，含頂升機(jī)構(gòu)（如圖4所示）。

3.5 振動(dòng)盤(pán)

垃圾盒內(nèi)的垃圾在傳輸?shù)倪^(guò)程中混為一體，甚至疊加在一起，不利于攝像頭識(shí)別及機(jī)器手的抓取作業(yè)。因此，可以利用震動(dòng)盤(pán)將垃圾分散，依次振動(dòng)出去，有序傳輸?shù)絺魉蛶?。振?dòng)盤(pán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有一圈，將首個(gè)垃圾振動(dòng)出去的時(shí)間小于等于AGV小車(chē)從中轉(zhuǎn)站到循環(huán)起點(diǎn)的時(shí)間。振動(dòng)盤(pán)出口向下傾斜，直接搭到傳送帶上方，防止垃圾掉落在傳送帶外面。

3.6 安裝臺(tái)

安裝臺(tái)面應(yīng)有槽口，用于固定各設(shè)備，且方便調(diào)整設(shè)備在臺(tái)面上的位置。安裝臺(tái)應(yīng)為兩個(gè)臺(tái)拼接而成，方便分離，實(shí)現(xiàn)每個(gè)工業(yè)機(jī)器人可單獨(dú)演示的功能。安裝臺(tái)內(nèi)應(yīng)有空間放置工業(yè)機(jī)器人的電控箱。安裝臺(tái)有滑輪，方便移動(dòng)。

4 結(jié)語(yǔ)

本智能分揀系統(tǒng)已在實(shí)驗(yàn)室安裝完成，用于演示與學(xué)習(xí)。

參 考 文 獻(xiàn)

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