机器视觉下机器人辨识与自动香烟分拣系统研究

杨耀伟

（河南中烟工业有限责任公司，河南郑州，450000）

1 香烟配送中心分拣方法基础理论分析

1.1 香烟分拣系统方法分析

EIQ分析法是日本研究学者提出，即所谓的订单数量、商品类型。规划方法是不确定和波动条件下的配送中心系统的一种规划方法。其目的在于依据配送中心的目的掌握物流特征，并从物流特征中推导出物流状态，例如从配送中心的设备到用户的物流特征，再到运营模式等，可以有效地进行物流活动。规划系统的大型框架结构，并从宏观角度有效地把握系统特征。

EIQ分析主要基于定量分析。常用的统计方法包括平均值法、最大值和最小值法、柏拉图分析法、总数法、频率分布法等。为深入掌握配送中心实际的物流特征，仅凭单天数据分析无法判断和得出结论。但是，如果对整年的数据进行分析，由于数据量巨大，分析过程通常耗费较长时间[2]。所以，首先要对单日发货量初步进行分析，以找出可能的操作周期及其波动范围。如果每个周期的发货量大致相似，则可以缩小数据范围，并在较小的周期中使用数据进行分析。如果每个周期的趋势相似，但操作量仍然相差甚远，则应将数据适当分组，然后找出每组中代表性数据进行分析，这便是订单数据的抽样。在分析订单项的数量时，必须首先考虑时间范围和单位。

1.2 常用香烟自动、半自动分拣设备

1.2.1 塔式分拣系统

塔式分拣系统是在香烟分拣系统中较早使用的具有较高自动化水平的分拣设备，与电子标签分类方法相比，分类效率大大提高、减轻工人的劳动量，减少工人分拣数量。单个塔式分拣机具有多个分拣通道。每个渠道都可以分类一个品牌香烟。依据卷烟品牌的数量，可以结合对应数量的塔式分拣机来形成塔式分拣系统。塔式分拣系统由塔架、导烟通道、排烟装置、输送设备、控制柜、印刷显示屏等构成。塔式分拣系统利用手动装烟，但需要拆箱进行补烟。香烟填充方式更加复杂，对于分拣量大的卷烟来说，其填充所需劳动强度较高。所以，塔式分拣机更适合小卷烟的分拣作业。分拣机的分拣动作是通过现场总线接收上位机的分拣信息并控制卷烟电动机的动作而完成，具有较高自动化水平，且错误率较低。

1.2.2 通道式分拣系统

目前，国内应用的大型通道卷烟分选设备是较为先进的自动卷烟分选设备，它由机架、卷烟送料机构、卷烟分选机构和控制机构构成。该设备具有较高自动化水平，并采用了传统的分拣观念，每个卷烟品牌占据一个渠道，单个大品牌可能占据多个通道，烟草补充操作可以手动或通过机械自动完成。该设备的卷烟输出动作是通过机械装置将香烟推出，分选机可以一次动作产生多条卷烟。

1.3 香烟配送中心分拣系统理论规划

分拣操作是根据客户的订单要求或配送中心的操作计划，以最快速度对商品从其存储区域或其他区域进行分类和集中的过程。分拣过程如图1所示。

图1 机器人卷烟分拣系统作业流程图

2 机器人自动分拣控制系统设计与实现

2.1 机器人香烟自动分拣系统控制器

随着现代技术广泛应用，控制器种类和数量逐渐增多，功能也越来越完善，合理的选择对改善控制系统的技术和经济指标有着至关重要的作用。选择控制机型的基本原则应是在确保满足功能要求的前提下，方便维护与使用以及具备最佳功能性价比，选择控制机型时要考虑以下功能指标：

(1)CPU功能

CPU容量是选择控制机型最重要的功能指标，也是选择机型时首先要考虑的因素。它包括处理器数量和位数。

(2)机器人控制机存储器容量

PLC系统的存储器由两部分构成，即存储程序和所需数据的存储器。前者主要由EPROM组成，而后者则由RAM组成。在形成机器人之前，制造商已在机器人内编入用于存储系统程序的存储器，用户无法更改或访问。机器人容量大小一经确定，不会因某种因素发生变动。后者随着生产复杂性而发生变化。在机器人生产中，制造商已根据机器控制器型号大小设置具有一定存储容量的存储器。

(3)机器人扫描速度

PLC可被视为系统软件支持的扫描设备，它已经反复扫描并执行系统软件指定的任务。 为确保生产系统能够正常平稳运行，保证最长扫描周期必须小于该系统电器更改状态的时间。

2.2 机器人香烟自动分拣控制系统实现

在该机器人系统中，其主要用作下位计算机，以控制和收集系统底部的数据。依据控制需求，该程序主要由初始化程序、烟草补充程序、分选算法程序、包装程序等组成，机器人分拣系统的主程序流程图如图2所示。

图2 机器人自动分拣系统主程序流程图

3 结语

目前关于香烟分拣系统不能在分拣后自动存储不同类型香烟的问题。文章提到一种机器人辨识多通道自动卷烟分拣机构。支撑板上布置有导向板，并且在导向板上布置有滑槽。在通过前部装置将香烟送入引导板之后，引导板围绕支撑件旋转，以使香烟滑入存储盒中。有效解决目前卷烟分拣无法实现自动分拣与存储一体化、增加人工成本等问题，进一步提高设备操作自动化水平，从而大幅度降低生产成本。