一種基于視覺系統(tǒng)的工業(yè)機器人用新型智能掃碼器設計

摘" 要：為研究視覺系統(tǒng)的工業(yè)機器人用智能掃碼器，結合伺服電機、智能相機、位置傳感器的特點設計控制電路，通過軸桿與壓桿的螺紋連接及限位管對壓桿的限位，能快速地把該智能掃碼器安裝在工業(yè)機器人運輸貨物的上方部位。通過識別攝像頭、位置傳感器和處理器構成的視覺識別系統(tǒng)，能便于了解工業(yè)機器人上運輸的貨物的運動軌跡，以便于啟動伺服電機，使得螺紋桿正轉或反轉，便于調節(jié)掃碼器的位置，保證掃碼器能準確地對貨物進行掃碼，具有一定的實用價值。

關鍵詞：工業(yè)機器人；伺服電機；智能相機；位置傳感器；掃碼器

中圖分類號：TP242.2" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）19-0138-04

Abstract： In order to study the intelligent scanner for industrial robot in vision system， the control circuit is designed according to the characteristics of servo motor， intelligent camera and position sensor. Through the threaded connection between shaft rod and pressure rod and the limit position of limit pipe to pressure rod， the intelligent sweeper can be quickly installed on the upper part of the industrial robot transporting goods. By identifying the visual recognition system composed of camera， position sensor and processor， this paper intends to elaborate the motion trajectory of the goods transported on the industrial robot， so as to start the servo motor and make the screw rod turn forward or inverted， adjust the position of the scanner and ensure that the scanner can scan the goods accurately， thereby has a practical value for reference.

Keywords： industrial robot; servo motor; intelligent camera; position sensor; decoder

隨著技術的發(fā)展，條碼技術逐漸成為物品識別的主流選擇，在工業(yè)中使用的掃碼器都是配合整個工業(yè)企業(yè)的生產來使用的，要能夠達到比較好的效果才能夠促進工業(yè)企業(yè)的生產。將條形碼與某種商品人工地鏈接起來，條形碼與商品之間就形成了一對一的關系，因此可以通過快速掃碼來獲取商品信息，從而可以提高商品的管理效率。條碼技術作為一種信息存儲和傳遞技術，可以降低數據收集的錯誤率，提高工作質量[1]。條碼識別需要由專門的設備完成，智能掃碼器快速準確地識別物品能降低人工成本，簡化業(yè)務流程并提高供應鏈效率，縮短生產線上各個任務所花費的時間及解決工業(yè)機器人散裝貨物的高速識別問題。掃碼器的工作原理就是發(fā)射紅外線光源，然后根據反射的結果，利用芯片來譯碼，最后再返回條形碼所代表的正確字符[2]。在工業(yè)上，掃碼器主要用來解決原始數據的采集工作，比如對產品信息的識別、錄入等繁復且煩瑣的工作，不僅能夠解放勞動力，而且還能起到提升效率、降低誤碼率的作用。目前，掃碼器已經成為了現代生產線必不可少的設備，隨著未來智能制造的不斷深化，生產線上的掃碼器將會越來越常見。

1" 背景分析

機器視覺系統(tǒng)是實現儀器設備精密控制、智能化、自動化最有效的途徑，堪稱現代工業(yè)生產的“機器眼睛”。視覺感知已逐漸成為智能化工業(yè)機器人最重要的感知能力，基于視覺信息反饋的工業(yè)機器人識別技術也是當下機器人研究領域的熱門方向[3]。工業(yè)機器人用智能掃碼器就是一種在工業(yè)機器人運輸貨物時，能同時對貨物進行掃碼的設備，其能充分利用運輸貨物的時間，提高工作效率。

但是現有的工業(yè)機器人用智能掃碼器不便于快速地安裝在工業(yè)機器人上，這是由于現有掃碼器的安裝方式一般都是通過擰緊螺栓的方式將掃碼器安裝在工業(yè)機器人上，這就使得工作人員需要利用工具進行操作，從而降低了其安裝的便捷性，并且現有的工業(yè)機器人用智能掃碼器不便于移動，從而不利于對貨物進行掃碼，這是由于工業(yè)機器人在運輸貨物時，所有貨物的運動軌跡并非完全相同，這就使得現有的掃碼器不利于對軌跡不同的貨物進行掃碼。

2" 系統(tǒng)工作流程

視覺識別系統(tǒng)主要由識別攝像頭、伺服電機、位置傳感器和處理器組成。其流程示意圖如圖1所示。其中， 圖像采集單元識別攝像頭的功能主要是其將光學圖像轉換為模擬/數字圖像，并輸出至圖像處理單元，在智能相機中，圖像采集單元相當于普通意義上的CCD/CMOS相機和圖像采集卡。通過圖像處理，得到物體的質心位置，最終將位置信息傳回處理器，實現系統(tǒng)跟蹤物體軌跡的功能[4]。處理器是整個系統(tǒng)的信息處理單元，其可對圖像采集單元的圖像數據進行實時存儲，并在圖像處理軟件的支持下進行圖像處理[5]。具體流程：識別攝像頭和位置傳感器用于識別貨物的位置與移動軌跡，并將該信息反饋給處理器，處理器進行分析處理，啟動伺服電機，以便于調節(jié)掃碼器的位置，保證掃碼器能準確地對貨物進行掃碼。

3" 改進的工業(yè)機器人用智能掃碼器技術方案

改進的工業(yè)機器人用智能掃碼器可以用來解決現有的工業(yè)機器人用智能掃碼器不便于快速安裝在工業(yè)機器人上，且不便于對軌跡不同的貨物進行掃碼的問題。改進的工業(yè)機器人用智能掃碼器提供如下技術方案：一種基于視覺系統(tǒng)的工業(yè)機器人用智能掃碼器，包括撐板，撐板的下端兩側均連接有支撐塊，且支撐塊分別將軸承連接于螺紋桿的兩端；螺紋桿安裝于伺服電機的軸端，且伺服電機安裝于撐板左側下端的支撐塊上；螺紋桿的外側連接有掃碼器，且掃碼器上設置有處理器；掃碼器的上端連接于滑軌上，且滑軌設置于撐板的下表面；掃碼器的前表面安裝有識別攝像頭和位置傳感器，識別攝像頭和位置傳感器均通過信號輸入的方式與處理器相連，且處理器通過信號輸出的方式與伺服電機相連接。

撐板的兩端外側軸承連接有軸桿，且軸桿的外端之間通過撥桿相連接；撐板和撥桿的結構形狀均為“U”形，且撐板與支撐塊為一體化結構設置；軸桿與撐板分別連接于扭簧的兩端，且軸桿貫穿撐板端部的外側連接有壓桿；軸桿的外側采用螺紋連接的方式與壓桿相連接，且壓桿的外側與棱柱形的限位管吻合嵌套；螺紋桿的外側采用螺紋連接的方式與掃碼器相連接，且螺紋桿與滑軌相互平行設置。

壓桿的外側嵌套有限位管，且限位管安裝于撐板的兩端；壓桿為外方內圓的結構，且壓桿的結構形狀為“T”形。

4" 實例說明

如圖2所示，提供一種技術方案：一種基于視覺系統(tǒng)的工業(yè)機器人用智能掃碼器，包括撐板1、支撐塊2、螺紋桿3、伺服電機4、掃碼器5、滑軌6、處理器7、識別攝像頭8、位置傳感器9、軸桿10、限位管11、壓桿12、撥桿13和扭簧14。撐板1的下端兩側均連接有支撐塊2，且支撐塊2分別通過軸承連接于螺紋桿3的兩端；螺紋桿3安裝于伺服電機4的軸端，且伺服電機4安裝于撐板1左側下端的支撐塊2上；螺紋桿3的外側連接有掃碼器5，且掃碼器5上設置有處理器7；掃碼器5的上端連接于滑軌6上，且滑軌6設置于撐板1的下表面；掃碼器5的前表面安裝有識別攝像頭8和位置傳感器9；撐板1的兩端外側軸承連接有軸桿10，且軸桿10的外端之間通過撥桿13相連接；軸桿10與撐板1分別連接于扭簧14的兩端，且軸桿10貫穿撐板1端部的外側連接有壓桿12；壓桿12的外側嵌套有限位管11，且限位管11安裝于撐板1的兩端。

撐板1和撥桿13的結構形狀均為“U”形，且撐板1與支撐塊2為一體化結構設置，能便于安裝軸桿10及其相關的零部件，并便于將該智能掃碼器安裝在工業(yè)機器人輸送貨物的上方部位。

螺紋桿3的外側采用螺紋連接的方式與掃碼器5相連接，且螺紋桿3與滑軌6相互平行設置，能在螺紋桿3轉動時，掃碼器5沿螺紋桿3的軸線移動。

識別攝像頭8和位置傳感器9均通過信號輸入的方式與處理器7相連接，且處理器7通過信號輸出的方式與伺服電機4相連接，并便于通過識別攝像頭8和位置傳感器9將貨物的運輸軌跡信息反饋給處理器7，并通過處理器7控制伺服電機4的啟動，以便于將掃碼器5的位置調節(jié)至貨物運輸軌跡上。

如圖3所示，軸桿10的外側采用螺紋連接的方式與壓桿12相連接，且壓桿12的外側與棱柱形的限位管11吻合嵌套，能通過限位管11對壓桿12進行限位，使得軸桿10在轉動時，壓桿12沿軸桿10的軸線移動。

壓桿12為外方內圓的結構，且壓桿12的結構形狀為“T”形，能便于通過壓桿12緊緊地抵在工業(yè)機器人輸送貨物的上方部位上，從而能便于該智能掃碼器的安裝。

通過扳動撥桿13，能使得撥桿13帶動軸桿10繞軸桿10的軸線轉動，通過軸桿10與壓桿12的螺紋連接及限位管11對壓桿12的限位，能使得壓桿12在軸桿10的轉動下沿軸桿10的軸線方向移動，進而通過壓桿12之間的相互靠近，能快速地將該智能掃碼器安裝在工業(yè)機器人運輸貨物的上方部位。

如圖4所示，撐板1和撥桿13的結構形狀均為“U”形，且撐板1與支撐塊2為一體化結構設置，能便于安裝軸桿10及其相關的零部件，并便于將該智能掃碼器安裝在工業(yè)機器人輸送貨物的上方部位。撐板1的兩端外側軸承連接有軸桿10，且軸桿10的外端之間通過撥桿13相連接，軸桿10與撐板1分別連接于扭簧14的兩端，且軸桿10貫穿撐板1端部的外側連接有壓桿12，壓桿12的外側嵌套有限位管11，且限位管11安裝于撐板1的兩端。

工作原理：首先將該基于視覺系統(tǒng)的工業(yè)機器人用智能掃碼器拿取至工業(yè)機器人旁，并通過如下方式進行使用。

根據圖1—3，先將該基于視覺系統(tǒng)的工業(yè)機器人用智能掃碼器的撐板1卡于工業(yè)機器人運輸貨物的上方部位，并使得2個壓桿12分別處于該上方部位的兩側，再扳動撥桿13，使得撥桿13帶動軸桿10圍繞軸桿10的軸線轉動，軸桿10在轉動時，其螺紋連接的壓桿12將在限位管11的作用下移動，通過2個壓桿12相互靠近的移動，能便于將該基于視覺系統(tǒng)的工業(yè)機器人用智能掃碼器穩(wěn)定地安裝在工業(yè)機器人運輸貨物的上方部位，之后連接該基于視覺系統(tǒng)的工業(yè)機器人用智能掃碼器的電源，當貨物在工業(yè)機器人的運輸部位運輸時，識別攝像頭8和位置傳感器9識別貨物的位置與移動軌跡，并將該信息反饋給處理器7，處理器7進行分析處理，啟動伺服電機4，使得螺紋桿3正轉或反轉，進而通過滑軌6的限位，使得掃碼器5沿螺紋桿3的軸線方向移動，直至掃碼器5移動至貨物移動軌跡的上方，再通過掃碼器5下端對貨物進行掃碼。

5" 結束語

該基于視覺系統(tǒng)的工業(yè)機器人用智能掃碼器能通過扳動撥桿，使得撥桿帶動軸桿繞軸桿的軸線轉動，通過軸桿與壓桿的螺紋連接及限位管對壓桿的限位，能使得壓桿在軸桿的轉動下沿軸桿的軸線方向移動，進而通過壓桿之間的相互靠近，快速地將該智能掃碼器安裝在工業(yè)機器人運輸貨物的上方部位。通過識別攝像頭、位置傳感器和處理構成的視覺識別系統(tǒng)，便于了解工業(yè)機器人上運輸貨物的運動軌跡，以便于啟動伺服電機，使得螺紋桿正轉或反轉，調節(jié)掃碼器的位置，保證掃碼器能準確地對貨物進行掃碼，同時使掃碼器可快速地安裝在工業(yè)機器人運輸貨物的上方部位，并且能基于視覺判定貨物的運輸軌跡，調節(jié)掃碼器的位置，對貨物進行掃碼。

參考文獻：

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[3] 丁洋洋，高倩倩，周珣.機器視覺系統(tǒng)在智能物流輸送系統(tǒng)中的應用[J].工業(yè)設計，2020（4）：127-128.

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[5] 余文勇，石繪.機器視覺自動檢測技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2013.

基金項目：2021年安徽省自然科學基金項目（KJ2021A1512）；2021年安徽省自然科學基金項目（KJ2021A1515）

第一作者簡介：張晴晴（1984-），女，碩士，講師。研究方向為機器視覺。