基于視覺(jué)和輸送鏈跟蹤的機(jī)器人分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

陳 芳

（深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 深圳 518055）

產(chǎn)品分揀在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)生產(chǎn)線上的人工分揀方式往往效率低下，且勞動(dòng)強(qiáng)度大。重復(fù)性強(qiáng)的分揀工作往往會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間的機(jī)械化操作，這種勞動(dòng)疲勞容易分散工人注意力，進(jìn)而造成分揀錯(cuò)誤。鑒于此，工業(yè)機(jī)器人因其能在各種環(huán)境中高效運(yùn)行，壽命長(zhǎng)，維修成本低，穩(wěn)定性高，定位精度高，并具有優(yōu)良的一致性，逐漸在生產(chǎn)線上被用來(lái)替代人工進(jìn)行自動(dòng)分揀[1]。

工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)通常通過(guò)示教或離線編程實(shí)現(xiàn)，但這需要預(yù)設(shè)初始和終止位置。如果工件的放置位置有所變動(dòng)，機(jī)器人往往無(wú)法進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，造成抓取錯(cuò)誤。因此，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在此環(huán)節(jié)的應(yīng)用顯得尤為重要，它可以通過(guò)結(jié)合工業(yè)相機(jī)和圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自動(dòng)引導(dǎo)。應(yīng)用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)可以幫助機(jī)器人進(jìn)行工件的識(shí)別和定位，使分揀作業(yè)更加可靠和靈活，增強(qiáng)了生產(chǎn)效率和機(jī)器人分揀系統(tǒng)的智能化程度。在物料分揀流水線中，為了維持生產(chǎn)節(jié)奏，傳送帶通常會(huì)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，要實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)產(chǎn)品的抓取，工業(yè)機(jī)器人需要使用輸送鏈跟蹤技術(shù)，對(duì)傳送鏈上的產(chǎn)品進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤。在這個(gè)過(guò)程中，機(jī)器人的工具中心點(diǎn)會(huì)自動(dòng)跟隨傳送鏈上的工件移動(dòng)。一旦工件進(jìn)入機(jī)器人的工作范圍，機(jī)器人的工具中心點(diǎn)與工件相對(duì)靜止，這樣就完成抓取，而且不影響分揀效果，從而提高了分揀效率。

在基于視覺(jué)技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，國(guó)外已研究多年并取得了許多突破性成果。例如，澳大利亞韋仕敦大學(xué)（Western University）研制了具有視覺(jué)系統(tǒng)的六自由度工業(yè)機(jī)器人。日本學(xué)者村上等人結(jié)合視覺(jué)傳感器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，深入研究了弧焊機(jī)器人焊縫跟蹤控制系統(tǒng)[2]。歐寶、保時(shí)捷等汽車制造商在生產(chǎn)線上使用3D 視覺(jué)定位技術(shù)對(duì)車身進(jìn)行高精度密封。近年來(lái)，隨著工業(yè)機(jī)器人在國(guó)內(nèi)的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)學(xué)者也對(duì)機(jī)器視覺(jué)在工業(yè)機(jī)器人上的應(yīng)用展開了深入研究。例如，馬紅衛(wèi)研究并構(gòu)建一套基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人鋰電池載流片定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用根據(jù)坐標(biāo)關(guān)系自己開發(fā)的標(biāo)定算法[3]。龔素芬等以機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)為核心，分別從工件識(shí)別定位、相機(jī)的標(biāo)定、工件搬運(yùn)等方面分析了基于機(jī)器視覺(jué)引導(dǎo)的方法[4]。王詩(shī)宇采用圖像去重復(fù)算法避免分揀對(duì)象的漏撿誤撿，改進(jìn)Canny 算子，提取對(duì)象的邊緣信息作為圖像特征，較好地克服了光照變化對(duì)視覺(jué)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響[5]。雍洋洋等設(shè)計(jì)了一種基于機(jī)器視覺(jué)識(shí)別和PLC 控制的自動(dòng)裝配生產(chǎn)線，其系統(tǒng)通過(guò)視覺(jué)識(shí)別技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和工件再定位技術(shù)等，使用PLC 和HMI 協(xié)同設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)各單元進(jìn)行控制和監(jiān)控[6]。以上研究主要針對(duì)機(jī)器人視覺(jué)引導(dǎo)抓取技術(shù)進(jìn)行研究，沒(méi)有提及輸送鏈跟蹤，只適用于靜止無(wú)序物料的靜態(tài)分揀。李雪峰等研究了通過(guò)編碼器位置反饋，計(jì)算物品坐標(biāo)系的實(shí)時(shí)矩陣研究直線傳送帶跟蹤算法，對(duì)機(jī)器人跟蹤算法提供了參考[7]。王功亮等對(duì)輸送鏈跟蹤技術(shù)的原理進(jìn)行了分析，并使用robotstudio 軟件搭建輸送鏈跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析，在縮短生產(chǎn)線研發(fā)周期和提高設(shè)計(jì)效率方面，提供了重要的參考價(jià)值[8]。陳永平等設(shè)計(jì)的機(jī)器人雙追蹤傳送包裝系統(tǒng)建立了傳送帶基坐標(biāo)和物料移動(dòng)工件坐標(biāo)，使用了ABB 工業(yè)機(jī)器人的DSQC377 專用輸送鏈追蹤板對(duì)物料位置信息進(jìn)行記錄，實(shí)現(xiàn)了物料和包裝盒的生產(chǎn)線的動(dòng)態(tài)追蹤[9]。以上研究主要聚焦于有序物料的輸送鏈動(dòng)態(tài)跟蹤技術(shù)的分析，沒(méi)有提及機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用，不適用無(wú)序物料的輸送鏈動(dòng)態(tài)分揀。史龍堯提出基于時(shí)間的目標(biāo)去重算法和傳送帶跟蹤抓取策略，實(shí)現(xiàn)了基于機(jī)器視覺(jué)的傳送帶動(dòng)態(tài)分揀，分揀效果穩(wěn)定準(zhǔn)確，提供了完整的算法借鑒[10]。但該方案需要進(jìn)行復(fù)雜的視覺(jué)算法和跟蹤補(bǔ)償算法設(shè)計(jì)，并需基于Opencv 和QT平臺(tái)編程實(shí)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)用編程人員要求較高。

針對(duì)無(wú)序隨機(jī)物料跟隨傳送帶進(jìn)行直線位移的場(chǎng)景，基于視覺(jué)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的動(dòng)態(tài)分揀的應(yīng)用研究還相對(duì)較少。為此，本研究將機(jī)器人視覺(jué)技術(shù)與輸送鏈跟蹤技術(shù)相結(jié)合，以ABB IRB360 并聯(lián)機(jī)器人為例，利用康耐視智能相機(jī)所提供的高級(jí)視覺(jué)工具庫(kù)和ABB 機(jī)器人的集成輸送鏈跟蹤硬件及軟件功能，設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人動(dòng)態(tài)分揀系統(tǒng)。該方案避免了復(fù)雜的算法設(shè)計(jì)，突出了簡(jiǎn)易性、通用性以及操作便捷性，具有強(qiáng)大的應(yīng)用潛力。

一、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)工藝流程

物料分揀系統(tǒng)主要是完成四種顏色無(wú)序藥丸的分類分揀，其工作流程如圖1 所示。首先藥丸通過(guò)振動(dòng)盤送入進(jìn)料傳送帶，此時(shí)藥丸的位置和顏色完全隨機(jī)。智能相機(jī)拍攝藥丸并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將藥丸的位置信息和顏色信息輸出至機(jī)器人控制器。此后，機(jī)器人控制器接收智能相機(jī)輸出的信息，并結(jié)合輸送鏈跟蹤的數(shù)據(jù)，完成對(duì)藥丸的動(dòng)態(tài)追蹤和抓取。最后，機(jī)器人在抓取藥丸后，會(huì)根據(jù)智能相機(jī)提供的顏色信息進(jìn)行分類，并將藥丸放置在對(duì)應(yīng)的出料傳送帶上，送往下一個(gè)工作站。

圖1 工作站流程圖

（二）系統(tǒng)總體組成與運(yùn)行原理

整個(gè)物料分揀系統(tǒng)由機(jī)器人本體、機(jī)器人控制器、傳送帶、編碼器、跟蹤板卡DSQC377、智能相機(jī)和PLC 組成，如圖2 所示。其中控制器有三個(gè)：PLC、智能相機(jī)、機(jī)器人控制器。

圖2 系統(tǒng)組成

PLC 主要負(fù)責(zé)控制振動(dòng)盤，進(jìn)料傳送帶和出料傳送帶的速度控制。PLC選用西門子S7-1500PLC，西門子PLC 和ABB 機(jī)器人之間通過(guò)Profinet 協(xié)議通訊，具有響應(yīng)速度快，工作效率高的特點(diǎn)。

智能相機(jī)負(fù)責(zé)拍照，并將分析處理好的物料顏色和坐標(biāo)信息傳輸給機(jī)器人控制器。智能相機(jī)選用康耐視In-Sight 8402 視覺(jué)傳感器，其超小巧的獨(dú)立式視覺(jué)系統(tǒng)適合集成到狹小的空間使用。分辨率為1600*1200 像素，視覺(jué)系統(tǒng)提供彩色圖像幀速率達(dá)到33fps 的快速采集功能，支持使用千兆以太網(wǎng)進(jìn)行高速通信，最快可達(dá)到大約1000Mbps 的傳輸速率，完全可以滿足本分揀系統(tǒng)中對(duì)圖像數(shù)據(jù)采集和傳輸高速率的要求。

機(jī)器人控制器負(fù)責(zé)執(zhí)行分揀動(dòng)作。工業(yè)機(jī)器人選用ABB IRB360-1/0.8 型號(hào)，載荷1kg，工作范圍為0.8m，具有速度快，占地面積小等特點(diǎn)。其中需要用到ABB 工業(yè)機(jī)器人控制器的選項(xiàng)功能[11]1如表1 所示。

表1 機(jī)器人控制器選項(xiàng)功能

PLC、智能相機(jī)和機(jī)器人控制器之間通過(guò)網(wǎng)線相連，其中PLC 和機(jī)器人控制器之間通過(guò)Profinet通訊，機(jī)器人控制器與智能相機(jī)之間通過(guò)socket 通訊。首先機(jī)器人控制器通過(guò)socket 通訊方式，給智能相機(jī)發(fā)出拍照命令，然后接收智能相機(jī)傳過(guò)來(lái)的物料坐標(biāo)信息和顏色信息。機(jī)器人控制器通過(guò)DSQC377 專有跟蹤板，接收來(lái)自安裝在傳送帶上的編碼器的數(shù)據(jù)，同步實(shí)時(shí)更新輸送鏈坐標(biāo)系，在輸送鏈坐標(biāo)系下完成物料抓取工作，并根據(jù)顏色信息再將抓取的物料放置對(duì)應(yīng)出料傳送帶上。

（三）機(jī)器人視覺(jué)實(shí)現(xiàn)原理

機(jī)器人視覺(jué)的主要功能是接收到機(jī)器人拍照指令后，生成物料機(jī)器人坐標(biāo)值和物料的顏色信息，并以字符串的形式返回給機(jī)器人，其實(shí)現(xiàn)流程如圖3 所示?？的鸵旾n-Sight 視覺(jué)軟件是獨(dú)立的工業(yè)級(jí)視覺(jué)系統(tǒng)，提供了豐富的高級(jí)視覺(jué)工具庫(kù)，具有高速圖像讀取和處理功能。上述流程的各個(gè)步驟可以在In-Sight 視覺(jué)軟件中通過(guò)表格編程的方式調(diào)用工具庫(kù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)，不需要編寫復(fù)雜算法。

圖3 機(jī)器人視覺(jué)流程

運(yùn)行程序之前需要完成9 點(diǎn)標(biāo)定和顏色模型訓(xùn)練。9 點(diǎn)標(biāo)定即通常所說(shuō)的“手眼標(biāo)定”，使用視覺(jué)工具庫(kù)中的CalibrateAdvanced函數(shù)構(gòu)建相機(jī)坐標(biāo)系和機(jī)器人坐標(biāo)系之間的變換矩陣。使用TrainExtractColor 函數(shù)訓(xùn)練顏色模型。

當(dāng)智能相機(jī)接收到機(jī)器人控制器發(fā)出的拍照指令后，智能相機(jī)觸發(fā)拍照，完成圖像采集，得到原始圖片。原始圖片與訓(xùn)練得到的顏色模型庫(kù)對(duì)比，得到顏色數(shù)據(jù)。同時(shí)將原始圖片進(jìn)行圖像處理，圖像處理主要包括白平衡處理和灰度處理。斑點(diǎn)提取是在處理后的灰度照片中提取藥丸中心點(diǎn)的像素坐標(biāo)。將藥丸的像素坐標(biāo)通過(guò)最開始得到的坐標(biāo)變換矩陣換算成機(jī)器人坐標(biāo)。將得到的機(jī)器人坐標(biāo)和顏色數(shù)據(jù)按一定的規(guī)律排列生成一條字符串，最后將字符串以socket 通訊方式輸出給機(jī)器人控制器。

（四）輸送鏈跟蹤原理

輸送鏈跟蹤是指機(jī)器人控制器與輸送帶之間的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，使機(jī)器人有能力跟隨沿輸送鏈移動(dòng)的工件同步作業(yè)。

輸送鏈跟蹤坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖4 所示。機(jī)器人基坐標(biāo)系Wobj0 位于機(jī)器人底座固定不動(dòng)。輸送鏈基坐標(biāo)系WobjCNV0 原點(diǎn)位于輸送鏈坐標(biāo)為0.0m的位置固定不動(dòng)。輸送鏈基坐標(biāo)系跟隨輸送鏈一起移動(dòng)就構(gòu)成了輸送鏈移動(dòng)坐標(biāo)系WobjCNV1。機(jī)器人工具TCP 移動(dòng)的坐標(biāo)值是參考工件坐標(biāo)系，當(dāng)物料進(jìn)入啟動(dòng)窗口之后，只要將機(jī)器人的工件坐標(biāo)系鏈接到輸送鏈移動(dòng)坐標(biāo)系WobjCNV1 上，機(jī)器人工具TCP 就能相對(duì)物料靜止完成抓取，實(shí)現(xiàn)輸送鏈跟蹤。當(dāng)完成該物料的抓取后，可將工件坐標(biāo)系與WobjCNV1 斷開。當(dāng)下一個(gè)物料進(jìn)入啟動(dòng)窗口之后，可再次將工件坐標(biāo)系與輸送鏈移動(dòng)坐標(biāo)系WobjCNV1 鏈接，開始下一個(gè)移動(dòng)物料的跟蹤。

圖4 輸送鏈跟蹤系統(tǒng)圖

輸送鏈跟蹤的準(zhǔn)確度取決于輸送鏈坐標(biāo)系的準(zhǔn)確性，要計(jì)算WobjCNV1 相對(duì)于WobjCNV0移動(dòng)的距離和方向，設(shè)計(jì)輸送鏈跟蹤系統(tǒng)硬件連接如圖5 所示。

圖5 輸送鏈跟蹤硬件連接圖

輸送鏈編碼器用于探測(cè)輸送鏈移動(dòng)的距離；當(dāng)物料觸發(fā)同步開關(guān)且到達(dá)輸送鏈0.0m 的位置時(shí)，完成工件坐標(biāo)系和輸送鏈移動(dòng)坐標(biāo)系WobjCNV1的鏈接；輸送鏈跟蹤板卡DSQC377 接收編碼器和同步開關(guān)信號(hào)輸出給機(jī)器人控制器；機(jī)器人控制器中的606-1 Conveyor Tracking 選項(xiàng)功能即輸送鏈跟蹤軟件，完成對(duì)跟蹤過(guò)程的控制。對(duì)于線式輸送鏈，通常采用4 點(diǎn)法校準(zhǔn)輸送鏈移動(dòng)的方向[12]213。

二、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包含機(jī)器人控制器程序設(shè)計(jì)、智能相機(jī)程序設(shè)計(jì)和PLC 程序設(shè)計(jì)。PLC 程序主要控制振動(dòng)盤、進(jìn)料傳送帶、出料傳送帶的速度控制和系統(tǒng)安全信號(hào)的控制，這里不做贅述。

（一）機(jī)器人控制器程序設(shè)計(jì)

1.機(jī)器人控制器主程序設(shè)計(jì)

機(jī)器人控制器的RAPID 主程序流程圖如圖6所示。

圖6 機(jī)器人主程序流程圖

主程序開始后，首先進(jìn)入“初始化”子程序，“初始化”子程序中主要完成開啟中斷，變量初始化，斷開輸送鏈連接和關(guān)閉套接字socket，機(jī)器人回原點(diǎn)等。

機(jī)器人在原點(diǎn)等待PLC 發(fā)出系統(tǒng)啟動(dòng)命令。當(dāng)接收到啟動(dòng)命令之后，開始連接智能相機(jī)，然后進(jìn)入輸送鏈視覺(jué)跟蹤子程序。

2.輸送鏈視覺(jué)跟蹤子程序

輸送鏈視覺(jué)跟蹤子程序流程圖如圖7所示。

圖7 輸送鏈視覺(jué)跟蹤子程序流程圖

3.中斷程序設(shè)計(jì)

機(jī)器人停止功能由中斷程序完成。初始化中斷開啟后，當(dāng)機(jī)器人接收到輸入中斷信號(hào)DI_Stop_Interrupt 后，機(jī)器人進(jìn)入中斷，完成停止動(dòng)作。其中斷程序的流程圖如圖8 所示。

圖8 機(jī)器人停止中斷程序流程圖

（二）智能相機(jī)程序設(shè)計(jì)

使用康耐視智能相機(jī)的In-Sight Explore 編程環(huán)境，采用電子表格編程方式進(jìn)行智能相機(jī)程序編制。電子表格程序流程圖如圖9 所示。

照片預(yù)處理部分通過(guò) WhiteBalance 和ColorToGreyscaleFilter 函數(shù)進(jìn)行白平衡和灰度預(yù)處理，去掉不相干信息。提取藥丸相機(jī)坐標(biāo)并排序部分通過(guò)ExtractBlobs 提取斑點(diǎn)函數(shù)得到6 個(gè)藥丸的相機(jī)坐標(biāo)。再使用SortBlobs 斑點(diǎn)排序函數(shù)對(duì)6 個(gè)藥丸按X坐標(biāo)進(jìn)行排序。9 點(diǎn)標(biāo)定部分使用CalibrateAdvanced 函數(shù)，通過(guò)給定9 個(gè)點(diǎn)的像素坐標(biāo)和機(jī)器人坐標(biāo)，建立兩者之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。提取藥丸顏色部分首先使用TrainExtractColor 函數(shù)訓(xùn)練顏色庫(kù)，這包括白色、黃色、紅色和藍(lán)色，共計(jì)四種顏色。然后，利用ExtractColor 函數(shù)獲取藥丸的顏色編號(hào)：1 代表白色，2 代表黃色，3 代表紅色，4 代表藍(lán)色。在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換階段，采用9 點(diǎn)標(biāo)定得到的轉(zhuǎn)換矩陣將排序后的相機(jī)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為機(jī)器人的坐標(biāo)值。TCP 通訊部分通過(guò)使用TCPDevice 函數(shù)與機(jī)器人控制器建立socket 連接。在收到機(jī)器人控制器發(fā)出的拍照命令后，系統(tǒng)會(huì)發(fā)送顏色信息和位置信息至機(jī)器人控制器。

三、系統(tǒng)調(diào)試

為了使機(jī)器人控制器、智能相機(jī)以及PLC 之間能協(xié)調(diào)工作，還需進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試的主要工作是輸送鏈跟蹤的參數(shù)設(shè)置以及智能相機(jī)和機(jī)器人控制器之間的通信調(diào)試。

（一）輸送鏈跟蹤的基本參數(shù)設(shè)定

產(chǎn)品被檢測(cè)處于跟蹤狀態(tài)到動(dòng)態(tài)拾取過(guò)程[12]210如圖10 所示，其中涉及的參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表2。

表2 輸送鏈跟蹤參數(shù)設(shè)置

圖10 輸送鏈跟蹤窗口示意圖

為了保證輸送鏈每運(yùn)行1 米時(shí)，編碼器輸出的脈沖數(shù)量在1250-2500 之間，機(jī)器人控制器同時(shí)采集A 相，B 相上升沿和下降沿個(gè)數(shù)，一個(gè)周期內(nèi)采集4 個(gè)信號(hào)，控制器采集的計(jì)算信號(hào)在5000-10000 之間。少于5000 會(huì)影響機(jī)器人的跟蹤精度，多于10000 不會(huì)提升機(jī)器人跟蹤精度，輸送鏈運(yùn)行的最低速度為4mm/s，最高速度為2000mm/s。

（二）智能相機(jī)和機(jī)器人通訊調(diào)試

智能相機(jī)和機(jī)器人控制器的IP 應(yīng)為同一網(wǎng)段，智能相機(jī)為Socket 通信的服務(wù)器端[11]83，機(jī)器人為客戶端，同時(shí)啟動(dòng)智能相機(jī)和工業(yè)機(jī)器人控制器，其通信過(guò)程如圖11 所示。

圖11 智能相機(jī)和機(jī)器人控制器的通信示意圖

首先智能相機(jī)通過(guò) TCPDevice 函數(shù)建立socket 通信的服務(wù)器，機(jī)器人控制器通過(guò)SocketCreate 函數(shù)創(chuàng)建 socket 客戶并通過(guò)SocketConnect 函數(shù)與智能相機(jī)服務(wù)器建立連接。當(dāng)機(jī)器人控制器通過(guò)WaitWObj 函數(shù)檢測(cè)到輸送鏈連接上工件后，馬上通過(guò)SocketSend 函數(shù)向智能相機(jī)發(fā)出拍照指令。智能相機(jī)通過(guò)Read 函數(shù)接收到指令后，與字符串“OK”比對(duì)，比對(duì)成功確認(rèn)為拍照指令后，通過(guò)Write 函數(shù)將顏色坐標(biāo)信息以字符串的形式發(fā)給機(jī)器人。機(jī)器人控制器通過(guò)SocketReceive 函數(shù)將接收的字符串存入String2 中，再進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，將字符串解析為機(jī)器人坐標(biāo)值和顏色信息。

四、應(yīng)用實(shí)例與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

按照前述的配置搭建了工業(yè)機(jī)器人藥丸分揀工作站如圖12 所示。為了證實(shí)工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)引導(dǎo)技術(shù)和輸送鏈跟蹤技術(shù)結(jié)合應(yīng)用在物料分揀中的有效性與可靠性，本研究進(jìn)行了一系列相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

圖12 藥丸分揀工作站應(yīng)用實(shí)例

（一）分揀可靠性實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

為了測(cè)試本文物料分揀方案的可靠性，在實(shí)驗(yàn)中準(zhǔn)備了4 種不同顏色的圓柱形藥丸，每種藥丸數(shù)量為50 個(gè)，共計(jì)200 個(gè)。每次分揀總數(shù)為200，共做5 次實(shí)驗(yàn)，其分揀效果見(jiàn)表3。

表3 可靠性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，整體分揀正確率較高，除了藍(lán)色藥丸，其他顏色藥丸分揀正確率都能達(dá)到100%。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)前2 次實(shí)驗(yàn)主要是因?yàn)樗{(lán)色藥丸顏色較深，與傳送帶背景色接近，對(duì)環(huán)境光比較敏感，因此環(huán)境光的變化容易導(dǎo)致識(shí)別失敗，進(jìn)而導(dǎo)致分揀不成功。后面3 次實(shí)驗(yàn)通過(guò)安裝窗簾添加輔助光源等措施讓環(huán)境光保持穩(wěn)定后，分揀正確率可達(dá)100%。

（二）分揀效率實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

為了測(cè)試視覺(jué)引導(dǎo)技術(shù)和輸送鏈跟蹤技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用對(duì)分揀效率的提升，設(shè)計(jì)了3 組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，其中前2 組為傳統(tǒng)方案。

第一組模擬情景：使用進(jìn)料傳送帶，但不使用輸送鏈跟蹤技術(shù)，僅使用智能相機(jī)識(shí)別顏色。這種情景主要適用于當(dāng)相機(jī)識(shí)別區(qū)域不在機(jī)器人本體的工作范圍內(nèi)，必須使用進(jìn)料傳送帶將藥丸移送到機(jī)器人本體工作范圍內(nèi)，并且通過(guò)傳感器檢測(cè)藥丸到達(dá)固定位置才能去抓取進(jìn)行分揀的情況。

第二組模擬情景：適用于相機(jī)識(shí)別區(qū)域在機(jī)器人本體的工作范圍內(nèi)，所以可以不使用輸送鏈，僅使用視覺(jué)引導(dǎo)技術(shù)，機(jī)器人直接到相機(jī)識(shí)別區(qū)域去抓取物料進(jìn)行分揀。

第三組模擬情景：結(jié)合視覺(jué)引導(dǎo)技術(shù)和輸送鏈跟蹤技術(shù)進(jìn)行分揀。

每組實(shí)驗(yàn)機(jī)器人本體移動(dòng)采用相同的運(yùn)行速度，均連續(xù)運(yùn)行5min，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 分揀效率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，第三組結(jié)合使用視覺(jué)和輸送鏈跟蹤技術(shù)實(shí)驗(yàn)的分揀效率相對(duì)于前兩組傳統(tǒng)方案有明顯提高，分別為第一組的1.98 倍和第二組的1.47倍。經(jīng)分析，第三組相對(duì)于第一組，主要是節(jié)省了機(jī)器人等待藥丸到位的時(shí)間，從而提高了生產(chǎn)節(jié)拍；相對(duì)于第二組的效率提升在于機(jī)器人移動(dòng)過(guò)程中，藥丸同時(shí)也在移動(dòng)，減少了機(jī)器人移動(dòng)的行程，從而減少了運(yùn)行時(shí)間，提高了分揀效率。