機器視覺下機器人辨識與自動香煙分揀系統(tǒng)研究

楊耀偉

（河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，河南鄭州，450000）

1 香煙配送中心分揀方法基礎(chǔ)理論分析

1.1 香煙分揀系統(tǒng)方法分析

EIQ分析法是日本研究學(xué)者提出，即所謂的訂單數(shù)量、商品類型。規(guī)劃方法是不確定和波動條件下的配送中心系統(tǒng)的一種規(guī)劃方法。其目的在于依據(jù)配送中心的目的掌握物流特征，并從物流特征中推導(dǎo)出物流狀態(tài)，例如從配送中心的設(shè)備到用戶的物流特征，再到運營模式等，可以有效地進(jìn)行物流活動。規(guī)劃系統(tǒng)的大型框架結(jié)構(gòu)，并從宏觀角度有效地把握系統(tǒng)特征。

EIQ分析主要基于定量分析。常用的統(tǒng)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(shù)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(shù)據(jù)分析無法判斷和得出結(jié)論。但是，如果對整年的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，由于數(shù)據(jù)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(fā)貨量初步進(jìn)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(fā)貨量大致相似，則可以縮小數(shù)據(jù)范圍，并在較小的周期中使用數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。如果每個周期的趨勢相似，但操作量仍然相差甚遠(yuǎn)，則應(yīng)將數(shù)據(jù)適當(dāng)分組，然后找出每組中代表性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這便是訂單數(shù)據(jù)的抽樣。在分析訂單項的數(shù)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(shè)備

1.2.1 塔式分揀系統(tǒng)

塔式分揀系統(tǒng)是在香煙分揀系統(tǒng)中較早使用的具有較高自動化水平的分揀設(shè)備，與電子標(biāo)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(shù)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(jù)卷煙品牌的數(shù)量，可以結(jié)合對應(yīng)數(shù)量的塔式分揀機來形成塔式分揀系統(tǒng)。塔式分揀系統(tǒng)由塔架、導(dǎo)煙通道、排煙裝置、輸送設(shè)備、控制柜、印刷顯示屏等構(gòu)成。塔式分揀系統(tǒng)利用手動裝煙，但需要拆箱進(jìn)行補煙。香煙填充方式更加復(fù)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(yè)。分揀機的分揀動作是通過現(xiàn)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(tǒng)

目前，國內(nèi)應(yīng)用的大型通道卷煙分選設(shè)備是較為先進(jìn)的自動卷煙分選設(shè)備，它由機架、卷煙送料機構(gòu)、卷煙分選機構(gòu)和控制機構(gòu)構(gòu)成。該設(shè)備具有較高自動化水平，并采用了傳統(tǒng)的分揀觀念，每個卷煙品牌占據(jù)一個渠道，單個大品牌可能占據(jù)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(shè)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(chǎn)生多條卷煙。

1.3 香煙配送中心分揀系統(tǒng)理論規(guī)劃

分揀操作是根據(jù)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(qū)域或其他區(qū)域進(jìn)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(tǒng)作業(yè)流程圖

2 機器人自動分揀控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 機器人香煙自動分揀系統(tǒng)控制器

隨著現(xiàn)代技術(shù)廣泛應(yīng)用，控制器種類和數(shù)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(tǒng)的技術(shù)和經(jīng)濟指標(biāo)有著至關(guān)重要的作用。選擇控制機型的基本原則應(yīng)是在確保滿足功能要求的前提下，方便維護(hù)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(biāo)：

(1)CPU功能

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

(2)機器人控制機存儲器容量

PLC系統(tǒng)的存儲器由兩部分構(gòu)成，即存儲程序和所需數(shù)據(jù)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(nèi)編入用于存儲系統(tǒng)程序的存儲器，用戶無法更改或訪問。機器人容量大小一經(jīng)確定，不會因某種因素發(fā)生變動。后者隨著生產(chǎn)復(fù)雜性而發(fā)生變化。在機器人生產(chǎn)中，制造商已根據(jù)機器控制器型號大小設(shè)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(tǒng)軟件支持的掃描設(shè)備，它已經(jīng)反復(fù)掃描并執(zhí)行系統(tǒng)軟件指定的任務(wù)。 為確保生產(chǎn)系統(tǒng)能夠正常平穩(wěn)運行，保證最長掃描周期必須小于該系統(tǒng)電器更改狀態(tài)的時間。

2.2 機器人香煙自動分揀控制系統(tǒng)實現(xiàn)

在該機器人系統(tǒng)中，其主要用作下位計算機，以控制和收集系統(tǒng)底部的數(shù)據(jù)。依據(jù)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(tǒng)的主程序流程圖如圖2所示。

圖2 機器人自動分揀系統(tǒng)主程序流程圖

3 結(jié)語

目前關(guān)于香煙分揀系統(tǒng)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(gòu)。支撐板上布置有導(dǎo)向板，并且在導(dǎo)向板上布置有滑槽。在通過前部裝置將香煙送入引導(dǎo)板之后，引導(dǎo)板圍繞支撐件旋轉(zhuǎn)，以使香煙滑入存儲盒中。有效解決目前卷煙分揀無法實現(xiàn)自動分揀與存儲一體化、增加人工成本等問題，進(jìn)一步提高設(shè)備操作自動化水平，從而大幅度降低生產(chǎn)成本。