高速自动化生产线上的次品自动分拣方法及设备技术

一种高速自动化生产线上的次品自动分拣方法及设备，其方法是在生产线次品分拣系统接收到次品分拣信号后，启动３自由度联动传送装置，将与该装置相连的机械手快速定位到次品的正上方，并与产品生产线传送带保持同速运动，然后机械手下降抓取次品、提升并释放至指定位置，次品释放后，通过３自由度联动传送装置将机械手复位，等待下一轮分拣抓取。其设备包括电气控制和机械部分；机械部分包括３自由度联动传送装置和装设于该传送装置上由机械手臂和机械手爪组成的机械手；机械手爪的中心位置设置有摄像机，电气控制部分分别与３自由度联动传送装置和机械手电连接。本发明专利技术具有准确性高、成本低廉、通用性强、不破碎次品、避免造成环境污染等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于自动化质量检测控制
，具体涉及一种高速自动化生产线上次品自动分拣的方法及设备。
技术介绍
目前，在高速自动化流水线上产品的质量检测中，如何将检测出的次品从生产线上准确、快速地分离，保证生产质量，是一项重要且具有挑战性的工作。目前在大多数工业现场一直采用传统的人工分拣处理方法。人工分拣的优点在于灵活性高，工作人员稍加培训即可根据不同的检测标准进行不同产品的检测。人工检测的缺陷在于1)检测速度慢、效率低，无法满足高速自动化流水生产线需要；2)检测精度低，检测质量受人为因素影响，错检、误检率较高，人工不断地进行着简单而重复性的工作，检测人员的技术素质和责任心均会对检测结果造成影响；3)工人劳动强度大，工作环境差，特别对于一些化学产品或者具有放射性的产品的检测，会影响检测者的身体健康；4)人力资源浪费，增加了生产成本，无法满足当前工业现代化管理要求。传统人工检测方法存在上述诸多缺陷，使自动分拣方法及设备的研究和开发提上日程。考虑到目前高速自动化生产线的特性，相应的自动分拣设备必然要求1)高速度，高精度；2)要求分拣设备相对独立，无须对现有生产线改造，直接即可投入使用；3)考虑到目前产品生产线上引入的自动质量检测系统存在误差，即存在一定的误检率，在所谓的次品中可能存在一定量的合格产品，有必要进行二次检测，所以对次品的分拣处理要求具有非破坏性，也符合环保要求；4)系统简单，成本造价低，易于推广使用。现有的自动分拣设备主要为次品直接击出式分离设备，该类设备通常采用气压或者直接用机械作为动力，通过击出面与物品发生碰撞，将产品检测生产线传送带上位于击出面正前方的被传送的物品从传送带上迅速、准确、可靠地分离出来，送入另外的传送线或特定的收集台，或者直接击碎处理。其优点是结构简单，击出动作平滑连贯，且机械磨损小，占用空间小，提高了工作效率，降低了劳动强度，节约了生产成本，改善了工人的工作条件，一定程度上提高了工业的自动化管理水平。该类设备缺点在于击出速度不是很快；安装该设备，必须对现有传送带系统进行二次改造，成本较高；直接击出处理多为破坏性处理，容易击碎次品，无法回收利用，且会造成环境污染。通过上述分析可知，目前的次品分离方法和相关设备均存在不同程度上的缺陷，不能满足当前高速自动化流水生产线上自动次品分拣的需求，无法实现大规模的推广应用和技术更新换代。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术所存在的缺陷，提供一种准确性高、成本低廉、通用性强、可移植性好、不破碎次品、避免造成环境污染、可满足多种高速流水生产线次品分拣需要的高速自动化生产线上的次品自动分拣方法及设备。为解决上述技术问题，本专利技术采用下述技术方案。本专利技术的高速自动化生产线上的次品自动分拣方法，其特征在于它是在生产线次品分拣系统接收到次品分拣信号后，启动系统所设3自由度联动传送装置，将与该3自由度联动传送装置相连的机械手快速定位到次品的正上方，并与产品生产线传送带保持同速运动，同时机械手下降至预定高度位置，抓取次品，然后机械手提升次品至初始高度，并将次品释放至指定位置，实现次品从产品生产线传送带的自动分拣处理，次品释放后，通过3自由度联动传送装置将机械手复位至初始位置，等待下一轮分拣抓取过程。本专利技术可采用基于神经网络的模糊控制算法，对3自由度联动传送装置进行精密伺服运动控制；采用基于次品特征几何中心位置差分的视觉伺服定位控制方法，控制机械手对次品的抓取定位；采用基于多传感器信息的模糊推理方法，控制机械手对次品的抓取和释放。所述基于神经网络的模糊控制算法包括如下过程(1)对模糊控制器的输入变量误差e，误差变化率ec进行模糊化处理a＝A∑(e)，b＝B∑(ec)i＝φ1(e)，j＝φ2(ec)其中A∑(e)和B∑(ec)分别为e，ec隶属函数；φ1(e)和φ2(ec)为e，ec的分布函数；(2)进行模糊推理k＝φ(i，j)＝<α*i+(1-α)*j> 其中α是加权因子，它反映了误差和误差变化率对输出影响的程度；<>表示对其中的数值进行取整；(3)计算模糊控制器的输出β＝ab，u＝M(Ckβ)其中Ckβ表示Ck的β割集，M(Ckβ)表示Ckβ的中点；Ck表示输出变量U的语言词集；(4)由神经网络计算控制规则加权因子的调整量ΔαΔα=y=Σiωi·exp{-2bi2}]]> 其中ωi代表神经网络权值，ai、bi分别代表高斯基函数的分布系数和伸缩系数；(5)计算加权因子α(k+1)＝α(k)+Δα(k)；(6)采用基于变尺度优化方法的多层前向神经网快速学习算法MDFP，对神经网络进行训练。所述基于次品特征几何中心位置差分的视觉伺服定位控制方法包括以下几个步骤(1)对次品图像的采集和处理，包括次品图像的实时采集、次品图像的预处理、次品图像特征检测、次品图像特征几何中心位置计算；(2)计算次品图像特征几何中心位置的期望值和实际值的差值；(3)次品图像特征几何中心位置的期望值和实际值的差值对应的电机控制输出量参数的映射表，根据神经网络模型进行离线学习；(4)基于卡尔曼滤波器模型，对拟进行分拣的次品进行预测跟踪控制，输出控制指令到3自由度联动传送装置伺服控制器，控制3自由度联动传送装置实现机械手对次品的抓取定位。所述基于多传感器信息的模糊推理方法，是通过对设置在机械手上的手指伺服电机的电机编码器、压力传感器的反馈测量信息进行模糊推理计算，实时调整组成机械手手爪的三个手指的手指伺服电机的速度，实现对次品的可靠高速抓取和释放控制。本专利技术为实现上述方法所设计的高速自动化生产线上的次品自动分拣设备，其特征在于它包括电气控制部分和机械部分；所述机械部分包括3自由度联动传送装置和机械手；所述机械手包括机械手臂和机械手爪，所述机械手臂装设于可驱动机械手沿X、Y、Z方向作三个自由度运动的3自由度联动传送装置上，机械手爪设于机械手臂下端，机械手爪的中心位置设置有摄像机，所述电气控制部分分别与自由度联动传送装置和机械手电连接。所述机械手爪包括机械手爪控制箱和三个呈120度角分布的机械手手指，所述机械手爪控制箱包括箱体，箱体上连接有三件呈120度角分布的滑轨，所述滑轨的下端设有齿条，侧面设有滑槽，每个机械手手指的上端设有一电机座，每个电机座上装设有一带电机编码器的手指伺服电机，该手指伺服电机的输出轴上装设有一齿轮，齿轮与对应的滑轨上所设齿条相啮合，电机座的一侧还设有与滑槽相对应的滑块，滑块置于滑槽内，两者构成一导轨副；所述位于机械手爪中心位置的摄像机固定于箱体上，手指内侧夹持面上设置有橡胶垫，夹持面与一个或多个橡胶垫之间设置有压力传感器。所述3自由度联动传送装置包括水平X方向自由度传送部件、水平Y方向自由度传送部件和垂直Z方向自由度传送部件，所述水平X方向自由度传送部件包括滑轨-X和控制滑轨-X运动的电机-X，水平Y方向自由度传送部件包括滑轨-Y和控制滑轨-Y运动的电机-Y，垂直Z方向自由度传送部件包括滑轨-Z和控制滑轨-Z运动的电机-Z，所述水平Y方向自由度传送部件安装于滑轨-X上，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速自动化生产线上的次品自动分拣方法，其特征在于它是在生产线次品分拣系统接收到次品分拣信号后，启动系统所设３自由度联动传送装置，将与该３自由度联动传送装置相连的机械手快速定位到次品的正上方，并与产品生产线传送带保持同速运动，同时机械手下降至预定高度位置，抓取次品，然后机械手提升次品至初始高度，并将次品释放至指定位置，实现次品从产品生产线传送带的自动分拣处理，次品释放后，通过３自由度联动传送装置将机械手复位至初始位置，等待下一轮分拣抓取过程。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王耀南，余洪山，王威，陈浩平，李杨果，彭金柱，刘良江，张辉，蒋彦坤，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]