【摘 要】
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随着国民经济的日益增长,我国每年消费的塑料瓶数量逐渐增加,大多数的塑料瓶是通过掩埋的方式自然降解,这会对环境造成较大的污染。不同颜色的塑料瓶经过回收处理可以取代石油来生产不同颜色的聚酯化纤产品,而目前工厂对塑料瓶回收还是采用的人工方式,该方式分拣效率低下,在恶劣的环境下也会对人体造成极大的伤害。为提高塑料瓶回收的分拣效率,本文设计了基于视觉与工业机器人的废旧塑料瓶分拣系统。本文围绕图像预处理、塑料
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随着国民经济的日益增长,我国每年消费的塑料瓶数量逐渐增加,大多数的塑料瓶是通过掩埋的方式自然降解,这会对环境造成较大的污染。不同颜色的塑料瓶经过回收处理可以取代石油来生产不同颜色的聚酯化纤产品,而目前工厂对塑料瓶回收还是采用的人工方式,该方式分拣效率低下,在恶劣的环境下也会对人体造成极大的伤害。为提高塑料瓶回收的分拣效率,本文设计了基于视觉与工业机器人的废旧塑料瓶分拣系统。本文围绕图像预处理、塑料瓶形状特征、颜色识别以及目标定位进行研究,并设计新型末端执行器,利用PLC作为系统控制核心,工业机器人作为分拣机构完成系统的设计。本文的研究工作内容如下:（1）实际情况中塑料瓶通过料斗进入传送带可能会出现重叠现象,塑料瓶重叠会对图像识别造成干扰。本文提出了一种基于轮廓边界像素点集的形状特征描述子,利用Sobel边缘检测算子以及Moore追踪算法对塑料瓶轮廓边界的像素点进行提取,像素点集经过等间隔采样将其坐标转换到极坐标系下,并对其归一化处理,使得提取到的形状特征在旋转、缩放和平移的情况下保持不变。将单独塑料瓶与重叠塑料瓶的形状特征描述子建立样本库对传送带上的塑料瓶进行形状匹配,完成对重叠塑料瓶的筛选,避免重叠塑料瓶对颜色识别的干扰。（2）为了降低瓶身液体残留以及瓶身表面凹凸不平造成的反光影响,本文采用K-means聚类算法对经过滤波降噪处理的图像进行颜色聚类,颜色量化成绿色、蓝色和透明3种颜色,得出每种颜色在调色板中的标准值,利用塑料瓶身每种颜色像素点的数量占比来描述塑料瓶颜色。（3）由于塑料瓶的形状和大小各异,不同尺度的塑料瓶特征根本不同,导致对小型塑料瓶的定位精度较低。本文采用YOLOv3目标定位算法对图像中的塑料瓶进行定位,采用两种尺度由浅到深对塑料瓶进行特征提取,浅层特征用来定位小型塑料瓶,深层特征用来定位大型塑料瓶,得出预测框后,使用非极大值抑制算法去除图中多余预测框,得到塑料瓶位置。（4）为了使分拣装置成功将塑料瓶抓取,本文设计了一种“L”型手指与吸盘相结合的末端执行器,先利用吸盘接触塑料瓶表面,待塑料瓶被吸附起后,“L”型手指闭合夹持塑料瓶。本文利用Solid Works画出末端执行器的模型,并将其导入ADMAS中建立虚拟样机,验证末端执行器的可行性。（5）搭建试验平台,对形状匹配与颜色识别进行实验。试验表面,塑料瓶形状匹配的准确率达到95.37%,总体颜色识别的准确率达到了97.42%,满足工厂实际需求。
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