CN208574964U - 一种基于机器视觉的自动辨识及分拣烟盒装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于机器视觉的自动辨识及分拣烟盒装置，包括机械手、控制器、滑动装置、摄像头，所述滑动装置由移动块、轨道梁、支撑杆组成；轨道梁两端固定连接支撑杆，调节轨道梁与水平面平行设置；所述摄像头安装于轨道梁正下方，所述移动块安装于轨道梁正上方，均可沿轨道梁方向移动；所述控制器一端通过横梁与滑动块连接，且控制器与滑动块的距离可以调节，控制器另一端与可自由活动的机械手相连；所述机械手、移动块、摄像头分别与控制器电连接。本实用新型采用模块化设计，机械手定位准确，多个自由度控制灵活，图像自动识别，分类准确效率高。

Description

一种基于机器视觉的自动辨识及分拣烟盒装置

技术领域

本实用新型涉及自动控制、人工智能技术领域，更具体地涉及一种基于机器视觉的自动辨识及分拣烟盒装置。

背景技术

机器视觉是人工智能正在快速发展的一个分支，就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是通过图像摄取装置将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，得到被摄目标的形态信息，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，如面积、数量、位置、长度，再根据预设的允许度和其他条件输出结果，包括尺寸、角度、个数、合格不合格、有无等，实现自动识别功能，进而根据判别的结果来控制设备动作。

机器视觉系统最大特点是提高生产的灵活性和自动化程度，在大批量重复性工业生产过程中，用机器视觉检测方法可以大大提高生产的效率和自动化程度。机器视觉技术和机器人技术的出现，为设计能取代工业制造中高成本人工操作的机器人系统提供了可能。

从香烟盒的特征检测入手，对香烟条形码、烟盒颜色和文字字符三个方面进行处理，识别出香烟类型，随后通过控制机器人手对识别出的香烟进行分拣操作。机器人能从烟盒上找到辨别香烟的办法，从而帮助企业提高生产效率，提升产品质量，增强企业竞争力。

实用新型内容

实用新型目的。

克服现有技术的不足，提供一种基于机器视觉的自动辨识及分拣烟盒装置，结合香烟生产实际，从香烟盒的特征检测入手，对香烟条形码、烟盒颜色和文字字符三个方面进行处理，识别出香烟类型，随后通过控制机器人手对识别出的香烟进行分拣操作。采用模块化设计，机械手定位准确，多个自由度控制灵活，图像自动识别，分类准确效率高。

本实用新型所采用的技术方案。

一种基于机器视觉的自动辨识及分拣烟盒装置，包括机械手、控制器、滑动装置、摄像头，所述滑动装置由移动块、轨道梁、支撑杆组成；轨道梁两端固定连接支撑杆，调节轨道梁与水平面平行设置；所述摄像头安装于轨道梁正下方，所述移动块安装于轨道梁正上方，均可沿轨道梁方向移动；所述控制器一端通过横梁与滑动块连接，且控制器与滑动块的距离可以调节，控制器另一端与可自由活动的机械手相连；所述机械手、移动块、摄像头分别与控制器电连接。

更进一步，还包括传送带，传送带位于滑动装置的轨道梁正下方，且与轨道梁垂直设置；传送带由伺服电机驱动，伺服电机与控制器电连接，伺服电机型号为S120伺服电机。

更进一步，还包括限高装置，由伸缩杆、限高梁组成，限高装置位于传送带的正上方，限高梁与轨道梁平行设置，限高梁两端固定连接伸缩杆，调节限高梁距离传送带表面的高度；传送带上的烟盒首先经过限高装置下方，去除烟盒可能重叠、站立的情况，之后到达滑动装置的下方。

更进一步，所述限高装置还包括限高控制器，伸缩杆为电动伸缩杆，电动伸缩杆与限高控制器电连接，限高控制器与控制器电连接。

更进一步，所述控制器和限高控制器均采用数字信号处理器TMS320F28，控制器输出二维位置坐标给机械手，控制器输出一维位置坐标给移动块，控制器从摄像头获取烟盒图像信号。

更进一步，所述移动块为中空结构，内置直线电机，通过横梁带动控制器和机械手沿轨道梁移动到控制器给定的位置。

更进一步，所述摄像头为光学摄像头，利用CMOS感光元件，采用LED光源补偿，带有USB2.0接口，输出图像信号jpg格式。

更进一步，所述机械手包括球面副、机械肘、连接销、机械臂、联轴器、机械爪支撑架、机械爪，所述机械臂通过球面副固定在控制器上，另一端通过联轴器与机械爪支撑架连接，机械爪支撑架上连有机械爪；所述机械爪包括机械爪尖、机械爪关节、机械爪把柄、机械爪链接销，机械爪的机械爪把柄通过机械爪链接销与机械爪支撑架相连，机械爪把柄上的机械爪把柄通过销链接与机械爪尖相连。

本实用新型所产生的技术效果。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：模块化设计，定位准确，识别效率高；控制灵活、提高了工作效率，也提高了分级精度和质量。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型机械手示意图。

图3为本实用新型条码图像预处理流程图。

图4为本实用新型烟盒图像文字预处理图。

图5为本实用新型烟盒图像文字校正图。

图6为本实用新型烟盒图像条形码识别图。

机械手1、控制器2、移动块3、轨道4、摄像头5、传送带6、电动伸缩杆7、限高梁8、限高控制器9、支撑杆10、横梁11、球面副12、机械肘13、连接销14、机械臂15、联轴器16、机械爪支撑架17、机械爪尖18、机械爪关节19、机械爪把柄20、机械爪链接销21。

具体实施方式

实施例1

本实用新型提出的一种基于机器视觉的自动辨识及分拣烟盒装置，如图1所示，包括机械手1、控制器2、滑动装置、摄像头5，滑动装置由移动块3、轨道4梁、支撑杆10组成；轨道4梁两端固定连接支撑杆10，调节轨道4梁与水平面平行设置；摄像头5安装于轨道4梁正下方，移动块3安装于轨道4梁正上方，均可沿轨道4梁方向移动；控制器2一端通过横梁11与滑动块连接，且控制器2与滑动块的距离可以调节，控制器2另一端与可自由活动的机械手1相连；机械手1、移动块3、摄像头5分别与控制器2电连接。

还包括传送带6，传送带6位于滑动装置的轨道4梁正下方，且与轨道4梁垂直设置；传送带6由伺服电机驱动，伺服电机与控制器2电连接，伺服电机型号为S120伺服电机。

还包括限高装置，由伸缩杆、限高梁8组成，限高装置位于传送带6的正上方，限高梁8与轨道4梁平行设置，限高梁8两端固定连接伸缩杆，调节限高梁8距离传送带6表面的高度；传送带6上的烟盒首先经过限高装置下方，去除烟盒可能重叠、站立的情况，之后到达滑动装置的下方。

限高装置还包括限高控制器9，伸缩杆为电动伸缩杆7，电动伸缩杆7与限高控制器9电连接，限高控制器9与控制器2电连接。

控制器2和限高控制器9均采用数字信号处理器TMS320F28，控制器2输出二维位置坐标给机械手1，控制器2输出一维位置坐标给移动块3，控制器2从摄像头5获取烟盒图像信号。

实施例2

本实用新型提出的一种基于机器视觉的自动辨识及分拣烟盒装置，如图1所示，包括机械手1、控制器2、滑动装置、摄像头5，滑动装置由移动块3、轨道4梁、支撑杆10组成；轨道4梁两端固定连接支撑杆10，调节轨道4梁与水平面平行设置；摄像头5安装于轨道4梁正下方，移动块3安装于轨道4梁正上方，均可沿轨道4梁方向移动；控制器2一端通过横梁11与滑动块连接，且控制器2与滑动块的距离可以调节，控制器2另一端与可自由活动的机械手1相连；机械手1、移动块3、摄像头5分别与控制器2电连接。

移动块3为中空结构，内置直线电机，通过横梁11带动控制器2和机械手1沿轨道4梁移动到控制器2给定的位置。

摄像头5为光学摄像头5，利用CMOS感光元件，采用LED光源补偿，带有USB2.0接口，输出图像信号jpg格式。

本实施例主要对烟盒的条形码、颜色和文字字符三个特征进行识别处理。

条形码识别：如图6所示，烟盒上条形码是13个数字组成的条形码，又叫EAN-13条形码。它是一组根据不同厚度的空间的黑白线，以及一定排列规则的平行线图形号码。对于一个条码图像我们先要对其进行一定的处理才能达到正确译码的目的。而要对其进行处理，首先是要将其读入并灰度化。由于有噪声的存在，必须对其进行滤波，也可以人为地加入一定类型的噪声仿真，然后用合适的滤波方法进行滤波，这样有助于理解各种滤波方法所针对的噪声类型。本文滤波方法采用中值滤波，能克服采集图像模糊问题和滤除噪声。最后就是要二值化，得到二值图像。码图像预处理流程图如图3所示。

颜色识别：众所周知，各种颜色都是由红（Ｒ）、绿（G）、蓝（B）三个颜色调配而成。一幅彩色图像的数据非常庞大，图像中的一个像素点由Ｒ、G、B三种颜色按照不同比例组成。如果一幅图像的底色不均匀或者底色与文字的色差不是很明显的话，它的信噪比太低导致ＲGB分量数值相差不大，会给识别带来很大困难，因此我们选择黄鹤楼香烟作为识别的对象，并在图像上截取一部分比较明显的区域，通过程序处理得出这幅图ＲGB分量的灰度直方图。

字符文字辨识：根据营销和外观设计的需要，不同品牌的香烟烟盒上的字体有很大区别，很多并不是正楷或者比较常见和规范的字体，甚至是草体的英文，这就给识别带来非常大的困难，因此我们选择有常见字体的烟盒进行文字特征的检测。在采集图像过程中，由于文档纸张摆放不正等原因，很容易出现采集到的图像发生程度较小的倾斜现象，图像倾斜必然会造成其中的字符倾斜，这会给后续的字符分割、识别等带来困难，因此，要对图像进一步分析前对其倾斜进行检测与校正。因此实采用霍夫变换来校正倾斜图像，如图5所示。

中文字符识别：中文字符的识别和英文字符的识别虽然程序的实现上有很多差异，但在原理依据、方法等方面大同小异如图4所示。

实施例3

本实用新型提出的一种基于机器视觉的自动辨识及分拣烟盒装置，如图1所示，包括机械手1、控制器2、滑动装置、摄像头5，滑动装置由移动块3、轨道4梁、支撑杆10组成；轨道4梁两端固定连接支撑杆10，调节轨道4梁与水平面平行设置；摄像头5安装于轨道4梁正下方，移动块3安装于轨道4梁正上方，均可沿轨道4梁方向移动；控制器2一端通过横梁11与滑动块连接，且控制器2与滑动块的距离可以调节，控制器2另一端与可自由活动的机械手1相连；机械手1、移动块3、摄像头5分别与控制器2电连接。

如图2，机械手1包括球面副12、机械肘13、连接销14、机械臂15、联轴器16、机械爪支撑架17、机械爪，机械臂15通过球面副12固定在控制器2上，另一端通过联轴器16与机械爪支撑架17连接，机械爪支撑架17上连有机械爪；机械爪包括机械爪尖18、机械爪关节19、机械爪把柄20、机械爪链接销21，机械爪的机械爪把柄20通过机械爪链接销21与机械爪支撑架17相连，机械爪把柄20上的机械爪把柄20通过销链接与机械爪尖18相连。

实际工作时，人工预设限高装置与传送带6之间距离，防止烟盒出现竖立和叠加情况当烟盒经过滑动装置下方时，控制器2控制传送带6停止，并根据摄像头5传递的信息控制移动块3、摄像头5、机械手1抓取指定的烟盒。

上面结合附图对本实用新型作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种基于机器视觉的自动辨识及分拣烟盒装置，其特征在于：包括机械手、控制器、滑动装置、摄像头，所述滑动装置由移动块、轨道梁、支撑杆组成；轨道梁两端固定连接支撑杆，调节轨道梁与水平面平行设置；所述摄像头安装于轨道梁正下方，所述移动块安装于轨道梁正上方，均可沿轨道梁方向移动；所述控制器一端通过横梁与滑动块连接，且控制器与滑动块的距离可以调节，控制器另一端与可自由活动的机械手相连；所述机械手、移动块、摄像头分别与控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的自动辨识及分拣烟盒装置，其特征在于：还包括传送带，传送带位于滑动装置的轨道梁正下方，且与轨道梁垂直设置；传送带由伺服电机驱动，伺服电机与控制器电连接，伺服电机型号为S120伺服电机。

3.根据权利要求1或2所述的基于机器视觉的自动辨识及分拣烟盒装置，其特征在于：还包括限高装置，由伸缩杆、限高梁组成，限高装置位于传送带的正上方，限高梁与轨道梁平行设置，限高梁两端固定连接伸缩杆，调节限高梁距离传送带表面的高度；传送带上的烟盒首先经过限高装置下方，去除烟盒可能重叠、站立的情况，之后到达滑动装置的下方。

4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的自动辨识及分拣烟盒装置，其特征在于：所述限高装置还包括限高控制器，伸缩杆为电动伸缩杆，电动伸缩杆与限高控制器电连接，限高控制器与控制器电连接。

5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的自动辨识及分拣烟盒装置，其特征在于：所述控制器和限高控制器均采用数字信号处理器TMS320F28，控制器输出二维位置坐标给机械手，控制器输出一维位置坐标给移动块，控制器从摄像头获取烟盒图像信号。

6.根据权利要求1所述的基于机器视觉的自动辨识及分拣烟盒装置，其特征在于：所述移动块为中空结构，内置直线电机，通过横梁带动控制器和机械手沿轨道梁移动到控制器给定的位置。

7.根据权利要求1所述的基于机器视觉的自动辨识及分拣烟盒装置，其特征在于：所述摄像头为光学摄像头，利用CMOS感光元件，采用LED光源补偿，带有USB2.0接口，输出图像信号jpg格式。

8.根据权利要求1所述的基于机器视觉的自动辨识及分拣烟盒装置，其特征在于：所述机械手包括球面副、机械肘、连接销、机械臂、联轴器、机械爪支撑架、机械爪，所述机械臂通过球面副固定在控制器上，另一端通过联轴器与机械爪支撑架连接，机械爪支撑架上连有机械爪；所述机械爪包括机械爪尖、机械爪关节、机械爪把柄、机械爪链接销，机械爪的机械爪把柄通过机械爪链接销与机械爪支撑架相连，机械爪把柄上的机械爪把柄通过销链接与机械爪尖相连。