OFweek工控網(wǎng)：對于許多新鮮農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)商和超市而言，貼價格和促銷標簽占據(jù)了大量的人工勞動和大量費用支出。因此，許多用于為水果（如蘋果和桔子）貼標簽的大批量生產(chǎn)線已經(jīng)實現(xiàn)自動化運營很多年。

但是，對于小批量產(chǎn)品，例如石榴或瓜類，情況則有所不同。到目前為止，這類產(chǎn)品外形的多樣性以及處理它們的復(fù)雜性，導(dǎo)致目前這些產(chǎn)品仍然由人工貼標簽，隨后再進行重包裝。

最近，英國Loop Technology公司開發(fā)出了一種基于視覺的、適應(yīng)性強的機器人系統(tǒng)，其能夠自動為這類產(chǎn)品貼標簽。該系統(tǒng)使用3D相機識別在單元格內(nèi)移動的產(chǎn)品、打印不同形狀和不同尺寸的標簽，并使用一對工業(yè)機器人將標簽貼到產(chǎn)品表面的特定位置上（見圖1）。

圖1：利用3D 飛行時間相機，Loop Technology公司開發(fā)出了一套基于視覺的機器人產(chǎn)品貼標系統(tǒng)，實現(xiàn)產(chǎn)品的自動貼標。

輸送機上的產(chǎn)品包裝箱首先經(jīng)過視覺工作站，在這里將對目標水果進行識別。隨后根據(jù)水果種類打印標簽，將浪費降到最低程度，然后機器人優(yōu)化標簽的取放，以實現(xiàn)有效運行。兩臺機器人協(xié)作配合，將單個或多個標簽貼到水果上。

系統(tǒng)架構(gòu)

自動貼標系統(tǒng)由戴爾公司的一臺PC機控制，該PC機配有Intel Core i7處理器，運行人機界面（HMI）、機器視覺和機器序列軟件。該PC機與德國Beckoff公司的CX系列嵌入式PC聯(lián)接，提供系統(tǒng)實時控制；德國Pilz公司的PLC用于監(jiān)控機器人單元周圍關(guān)鍵元件的狀態(tài)，例如急停按鈕和門鎖單元進入機制。

一旦水果容器送入自動貼標系統(tǒng)，在Beckhoff公司的CX系列嵌入式PC的控制下，它們從輥筒輸送機移動到驅(qū)動傳送帶上。隨后，產(chǎn)品箱進入視覺工作站中，在那里，新加坡Creative公司的Senz3D 飛行時間相機，利用調(diào)制紅外光源對產(chǎn)品進行照明，并捕獲反射光。相機數(shù)據(jù)通過USB 2.0接口傳輸?shù)蕉嗪薖C，PC對飛行時間數(shù)據(jù)進行分析，產(chǎn)生產(chǎn)品箱和下方傳送帶的3D點云。

3D數(shù)據(jù)至關(guān)重要，它用于使系統(tǒng)軟件得以確定產(chǎn)品表面上的點，讓機器人知道應(yīng)該在何處貼標簽，但是高通、低通和縮放濾波器也用于由相機捕獲的三維數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生二維灰度圖像。然后，PC上運行的美國康耐視公司的VisionPro軟件對圖像進行分段，將在相機視場下經(jīng)過的各種類型的新鮮產(chǎn)品區(qū)分開來再識別。

當物體移動通過該系統(tǒng)時，圖像數(shù)據(jù)也用于產(chǎn)生物體的定位信息。要做到這一點，從圖像數(shù)據(jù)中提取各目標的點云數(shù)據(jù)，并使用Loop Technology公司開發(fā)的三維校準算法處理。這為每個物體提供了真實世界坐標系下的三維表面數(shù)據(jù)。然后對表面數(shù)據(jù)進行分析，用戶定義的目標參數(shù)用于計算三維空間中產(chǎn)品表面上的點，以及與其垂直的矢量，在該處機器人應(yīng)當貼標簽。

Loop Technology公司的定制機器人通信軟件，允許目標數(shù)據(jù)在PC和一對機器人控制器之間傳輸。這些方式控制德國Kuka公司的兩臺KR6 R900 Agilus機器人，將標簽貼在水果表面上的任何預(yù)定位置。機器人控制器通過使用兩臺編碼器，跟蹤輸送帶移動，從而使得貼標無需延緩整個流程。

3D分析

通過使用英特爾支持的感知計算技術(shù)，Senz3D主要是針對手勢識別應(yīng)用。這樣，基于相機的系統(tǒng)對手、臉，以及此應(yīng)用中的瓜類表面反應(yīng)良好。然而，感知計算是基于場景中的相對變化，而機器人定位需要真實世界坐標系中的精確三維數(shù)據(jù)。

因此，通過相機獲得的深度數(shù)據(jù)不是立即有用的，因為數(shù)據(jù)不是在真實世界坐標系中，因此不能用于定位機器人。使該問題更復(fù)雜的，是透鏡畸變和飛行失真（圖像外圍的物體顯得更遠）效應(yīng)開始發(fā)揮作用，當直接呈現(xiàn)時場景具有翹曲曲率。

為了克服上述問題，Loop Technology公司采用由精密加工的塊構(gòu)建的3D棋盤，開發(fā)了3D校準程序。使用已知的塊寬度、高度和深度，可以對原始數(shù)據(jù)中的各種失真計算出修正變換，并在笛卡爾空間產(chǎn)生新的點云。

水果的缺陷也會導(dǎo)致錯誤，使得裂痕和峰值出現(xiàn)在并不存在的地方。為了消除這種情況，在計算機器人的位置前采用表面映射算法，以平滑這些缺陷，并為機器人建立可靠的目標位置。

表示產(chǎn)品上一張或多張標簽需要貼放的位置的三維坐標，通過以太網(wǎng)接口傳送到機器人控制器。當一盒農(nóng)產(chǎn)品在機器人的操作范圍內(nèi)時，機器人臂端部的兩臺氣動驅(qū)動末端執(zhí)行器，從兩臺標簽打印機挑出標簽，并貼到產(chǎn)品表面（見圖2）。完全標記好的產(chǎn)品隨后經(jīng)輥式輸送機離開。

圖2：當一盒農(nóng)產(chǎn)品在機器人的操作范圍內(nèi)時，氣動驅(qū)動的末端執(zhí)行器從兩臺標簽打印機挑出標簽，并貼到產(chǎn)品表面上。

訓(xùn)練方法

該機器能夠標記多樣化的產(chǎn)品。雖然有許多工業(yè)貼標機已經(jīng)能夠提供更快的吞吐量，但是它們的應(yīng)用只局限于特定的產(chǎn)品類型。Loop Technology公司的機器可以通過觸摸按鈕選擇，就可以切換成面向不同的產(chǎn)品，如從為鱷梨貼標切換到為西瓜貼標，因此是面向低產(chǎn)量和季節(jié)性水果的理想選擇。

用戶看不見該系統(tǒng)的復(fù)雜性，接觸到的只是簡單的軟件界面，可用于訓(xùn)練系統(tǒng)來識別新產(chǎn)品。使用基于瀏覽器的設(shè)置界面，甚至當機器在操作過程中，一個新產(chǎn)品也可以加入到可被識別的產(chǎn)品列表中。訓(xùn)練要求單獨的樣品放置在輸送機上，并由相機成像。

一旦圖像被捕獲后，用戶可以設(shè)置深度閾值，以便樣品從傳送帶和任何包裝中清晰地突出，之后系統(tǒng)自動訓(xùn)練來識別產(chǎn)品（見圖3）。要做到這一點，用Blob分析算法識別包含樣品的點云區(qū)域。然后，該數(shù)據(jù)被分析和量化，以產(chǎn)生獨特的產(chǎn)品數(shù)據(jù)集。

圖3：一旦輸送機上的產(chǎn)品圖像已經(jīng)由相機捕獲，用戶可以設(shè)置深度閾值，以便樣品從傳送帶和任何包裝中清晰地突出。經(jīng)過這樣的流程，系統(tǒng)被訓(xùn)練來識別產(chǎn)品。

設(shè)置界面還允許用戶創(chuàng)建可以由機器人末端執(zhí)行器貼在產(chǎn)品上的標簽的類型和尺寸庫。此外，標簽的圖像可以導(dǎo)入到該系統(tǒng)，以使得操作人員能夠在系統(tǒng)顯示器上看到標簽的特性。

需要貼到產(chǎn)品上的標簽數(shù)量和位置，也經(jīng)由軟件設(shè)置接口控制。雖然標簽通常貼到產(chǎn)品的中心，但是多張標簽的位置可以稍加移動。為確定所選擇的標簽的位置，拖放界面允許選擇標簽，并拖拽到屏幕上產(chǎn)品模型的表面，放在所需的位置處。

然后，標簽信息作為系統(tǒng)上該特定產(chǎn)品工藝流程的一部分被存儲。每個單獨的工藝流程確定什么類型的產(chǎn)品將被識別，什么打印機應(yīng)該用于粘貼標簽到產(chǎn)品上，以及用什么特定標簽。產(chǎn)品上粘帖標簽的位置和數(shù)量也可以定義。

編程界面讓用戶可以創(chuàng)建一組工藝流程，確定要識別的產(chǎn)品類型，所需的標簽種類和尺寸，以及需要粘帖到產(chǎn)品上的何處。

訓(xùn)練方式和目標識別不對產(chǎn)品的定位或外觀進行任何假設(shè)。因此，該系統(tǒng)不受包裝的變化所影響，如盒子的尺寸、盒子中產(chǎn)品的數(shù)目以及受損的盒子。