步驟1：硬件
這是我以前用來(lái)構(gòu)建的這個(gè)。我使用來(lái)自的部件以及我躺在房子周圍的東西100％構(gòu)建它。
PhidgetsBoards，Motors，Hardware
HUB0000-VINTHubPhidget
1108-磁傳感器
2xSTC1001-2.5AStepperPhidget
2x3324-42STH38NEMA-17雙極無(wú)齒輪步進(jìn)器
3x3002-Phidget電纜60厘米
3403-4端口集線器
3031-母尾5.5
3029-2線100‘絞線
3604-10mm白色LED
其他部件
24VDC2.0A電源
車庫(kù)廢木和金屬
拉鏈
底部切斷的塑料容器
第2步：設(shè)計(jì)機(jī)器人
我們需要設(shè)計(jì)一些可以從輸入料斗中取出一個(gè)珠子，將其放在網(wǎng)絡(luò)攝像頭下，然后將其移動(dòng)到適當(dāng)?shù)南渥又械臇|西。
珠子皮卡
我決定用2片圓形膠合板做第1部分，每個(gè)膠合板在同一個(gè)地方鉆一個(gè)洞。底部件固定，頂部件連接到步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)可以在裝有珠子的料斗下方旋轉(zhuǎn)。當(dāng)孔在料斗下移動(dòng)時(shí)，它會(huì)拾取一個(gè)珠子。然后我可以在網(wǎng)絡(luò)攝像頭下旋轉(zhuǎn)它，然后進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，直到它與底部的孔匹配，此時(shí)它就會(huì)落下。
在這張圖片中，我正在測(cè)試系統(tǒng)能行得通。一切都是固定的，除了頂部的圓形膠合板，它與下面的步進(jìn)電機(jī)相連。網(wǎng)絡(luò)攝像頭尚未安裝。我現(xiàn)在只是使用Phidget控制面板轉(zhuǎn)向電機(jī)。
珠子存儲(chǔ)
下一部分是設(shè)計(jì)用于保持每種顏色的bin系統(tǒng)。我決定使用下面的第二個(gè)步進(jìn)電機(jī)來(lái)支撐和旋轉(zhuǎn)具有均勻間隔隔間的圓形容器。這可以用來(lái)旋轉(zhuǎn)珠子將從其中掉出的孔下方的正確隔間。
我使用紙板和膠帶來(lái)構(gòu)建它。這里最重要的是一致性-每個(gè)隔間應(yīng)該是相同的尺寸，整個(gè)東西應(yīng)該均勻加重，以便旋轉(zhuǎn)而不會(huì)跳過(guò)。
通過(guò)緊密貼合的蓋子完成珠子的移除一次只有一個(gè)隔間，所以可以倒出珠子。
網(wǎng)絡(luò)攝像頭安裝在料斗和下板孔位置之間的頂板上。這允許系統(tǒng)在掉落之前觀察珠子。LED用于照亮相機(jī)下方的珠子，并且環(huán)境光被阻擋，以提供一致的照明環(huán)境。這對(duì)于準(zhǔn)確的顏色檢測(cè)非常重要，因?yàn)榄h(huán)境光可以真正地消除感知顏色。
位置檢測(cè)
系統(tǒng)能夠檢測(cè)到珠子的旋轉(zhuǎn)非常重要分隔器。這用于在啟動(dòng)時(shí)設(shè)置初始位置，但也用于檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)是否已經(jīng)不同步。在我的系統(tǒng)中，一個(gè)珠子有時(shí)會(huì)在拾取時(shí)卡住，系統(tǒng)需要能夠檢測(cè)并處理這種情況-通過(guò)備份和嘗試agian。
有很多方法可以處理這個(gè)（事情。我決定使用1108磁傳感器，在頂板的邊緣嵌入磁鐵。這允許我驗(yàn)證每次旋轉(zhuǎn)的位置。一個(gè)更好的解決方案可能是步進(jìn)電機(jī)上的編碼器，但我有一個(gè)1108左右，所以我使用它。
智能圖書(shū)分揀機(jī)器人設(shè)計(jì)完成機(jī)器人
此時(shí)，一切都已經(jīng)完成出來(lái)，并測(cè)試。現(xiàn)在是時(shí)候安裝好所有東西并轉(zhuǎn)向編寫(xiě)軟件。
2個(gè)步進(jìn)電機(jī)由STC1001步進(jìn)控制器驅(qū)動(dòng)。HUB000-USBVINT集線器用于運(yùn)行步進(jìn)控制器，以及讀取磁傳感器和驅(qū)動(dòng)LED。網(wǎng)絡(luò)攝像頭和HUB0000都連接到一個(gè)小型USB集線器。使用3031引線和一些電線以及24V電源為電機(jī)供電。
步驟3：編寫(xiě)代碼
C＃和VisualStudio2015用于此項(xiàng)目。下載本頁(yè)頂部的源代碼并按照步驟進(jìn)行操作-主要部分概述如下
初始化
首先，我們必須創(chuàng)建，打開(kāi)和初始化Phidget對(duì)象。這是在表單加載事件和Phidget附加處理程序中完成的。
privatevoidForm1_Load（objectsender，EventArgse）{
/*InitializeandopenPhidgets*/
=0;
+=Top_Attach;
+=Top_Detach;
+=Top_PositionChange;
;
=1;
+=Bottom_Attach;
+=Bottom_Detach;
+=Bottom_PositionChange;
;
=2;
=true;
+=MagSensor_Attach;
+=MagSensor_Detach;
+=MagSensor_SensorChange;
;
=5;
=true;
=0;
+=Led_Attach;
+=Led_Detach;
;
}
privatevoidLed_Attach（objectsender，e）{
=true;
=true;
=true;
}
privatevoidMagSensor_Attach（objectsender，e）{
=true;
=_1108;
=16;
}
privatevoidBottom_Attach（objectsender，e）{
=true;
=bottomCurrentLimit;
=true;
=bottomVelocityLimit;
=bottomAccel;
=100;
}
privatevoidTop_Attach（objectsender，e）{
=true;
=topCurrentLimit;
=true;
=-1;
=-topVelocityLimit;
=-topAccel;
=100;
}
我們還在初始化期間讀取任何已保存的顏色信息，因此可以繼續(xù)之前的運(yùn)行。
電機(jī)定位
電機(jī)處理代碼包括用于移動(dòng)電機(jī)的便利功能。我使用的電機(jī)每轉(zhuǎn)3，2001/16步，所以我為此創(chuàng)建了一個(gè)常量。
對(duì)于頂部電機(jī)，我們希望能夠?qū)?個(gè)位置發(fā)送到電機(jī)：網(wǎng)絡(luò)攝像頭，孔和定位磁鐵。有一個(gè)功能可以到達(dá)每個(gè)位置：
privatevoidnextMagnet（Booleanwait=false）{
doubleposn=%stepsPerRev;
+=（stepsPerRev-posn）;
if
while;
}
privatevoidnextCamera（Booleanwait=false）{
doubleposn=%stepsPerRev;
if
+=;
else
+=+stepsPerRev）;
if
while;
}
privatevoidnextHole（Booleanwait=false）{
doubleposn=%stepsPerRev;
if
+=;
else
+=+stepsPerRev）;
if
while;
}
在開(kāi)始運(yùn)行之前，使用磁傳感器對(duì)齊頂板。可以隨時(shí)調(diào)用alignMotor函數(shù)來(lái)對(duì)齊頂板。該功能首先快速將板轉(zhuǎn)動(dòng)至1轉(zhuǎn)，直至其磁鐵數(shù)據(jù)高于閾值。然后它稍微后退一點(diǎn)并慢慢向前移動(dòng)，捕捉傳感器數(shù)據(jù)。最后，它將位置設(shè)置為最大磁鐵數(shù)據(jù)位置，并將位置偏移重置為0.因此，最大磁鐵位置應(yīng)始終為
ThreadalignMotorThread;
BooleansawMagnet;
doublemagSensorMax=0;
privatevoidalignMotor{
//Findthemagnet
=;
sawMagnet=false;
+=magSensorStopMotor;
=-1000;
inttryCount=0;
tryagain：
+=stepsPerRev;
while
;
if{
if{
;
=false;
=false;
runtest=false;
return;
}
tryCount++;
（“Arewestuck？Tryingabackup.。.”）;
-=600;
while;
gototryagain;
}
=-100;
magData=newList》;
+=magSensorCollectPositionData;
+=300;
while;
-=magSensorCollectPositionData;
=-topVelocityLimit;
KeyValuePairmax=magData［0］;
foreach（KeyValuePairpairinmagData）
if
max=pair;
;
magSensorMax=;
=0;
while;
（“Alignsucceeded”）;
}
List》magData;
privatevoidmagSensorCollectPositionData（objectsender，e）{
全自動(dòng)分揀機(jī)器人多少錢(qián)一臺(tái)（newKeyValuePair;
}
privatevoidmagSensorStopMotor（objectsender，e）{
if{
=-300;
-=magSensorStopMotor;
sawMagnet=true;
}
}
最后，通過(guò)將底部馬達(dá)發(fā)送到其中一個(gè)胎圈容器位置來(lái)控制底部馬達(dá)。對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目，我們有19個(gè)職位。算法選擇最短路徑，順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。
privateintBottomPosition{
get{
intposn=%stepsPerRev;
if
posn+=stepsPerRev;
return（（（posn*beadCompartments）/stepsPerRev））;
}
}
privatevoidSetBottomPosition（intposn，boolwait=false）{
posn=posn%beadCompartments;
doubletargetPosn=（posn*stepsPerRev）/beadCompartments;
doublecurrentPosn=%stepsPerRev;
doubleposnDiff=targetPosn-currentPosn;
//Keepitasfullsteps
posnDiff=*16;
if（posnDiff《=1600）
+=posnDiff;
else
-=（stepsPerRev-posnDiff）;
if
while;
OpenCV用于從網(wǎng)絡(luò)攝像頭讀取圖像。在啟動(dòng)主排序線程之前啟動(dòng)相機(jī)線程。該線程不斷讀入圖像，使用Mean計(jì)算特定區(qū)域的平均顏色并更新全局顏色變量。該線程還使用HoughCircles來(lái)檢測(cè)珠子或頂板上的孔，以細(xì)化它正在尋找顏色檢測(cè)的區(qū)域。閾值和HoughCircles數(shù)字是通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)確定的，并且在很大程度上取決于網(wǎng)絡(luò)攝像頭，光照和間距。
boolrunVideo=true;
boolvideoRunning=false;
VideoCapturecapture;
ThreadcvThread;
ColordetectedColor;
Booleandetecting=false;
intdetectCnt=0;
privatevoidcvThreadFunction{
videoRunning=false;
capture=newVideoCapture;
using（Windowwindow=newWindow{
Matimage=newMat;
Matimage2=newMat;
while{
;
if
break;
if
detectCnt++;
else
detectCnt=0;
if（detecting||circleDetectChecked||showDetectionImgChecked）{
;
Matthres=;
無(wú)人快遞分揀機(jī)器人thres=;
if（showDetectionImgChecked）
image=thres;
if（detecting||circleDetectChecked）{
CircleSegment［］bead=（，2，/*/4*/20，200，100，20，65）;
if{
（bead［0］.Center，3，newScalar;
（bead［0］.Center，bead［0］.Radius，newScalar;
if（bead［0］.Radius》=55）{
=bead［0］.+（bead［0］.Radius/2）;
=bead［0］.-（bead［0］.Radius/2）;
}else{
=bead［0］.+;
=bead［0］.-;
}
=15;
=15;
}else{
CircleSegment［］circles=（，2，/*/4*/5，200，100，60，180）;
if{
Listxs=;
;
Listys=;
;
intmedianX=xs［/2］;
intmedianY=ys［/2］;
if
medianX=-15;
if
medianY=-15;
（medianX，medianY，100，newScalar;
if{
=medianX-7;
=medianY-7;
=15;
=15;
}
}
}
}
}
Rectr=newRect，
，
，
;
MatbeadSample=newMat;
ScalaravgColor=;
detectedColor=avgColor［2］，avgColor［1］，;
（r，newScalar;
;
;
videoRunning=true;
}
videoRunning=false;
}
}
privatevoidcameraStartBtn_Click（objectsender，EventArgse）{
if{
cvThread=newThread（newThreadStart（cvThreadFunction））;
runVideo=true;
;
=“stop”;
揚(yáng)中五軸分揀機(jī)器人while
;
}else{
runVideo=false;
;
=“start”;
}
}
顏色
現(xiàn)在，我們可以確定珠子的顏色，并根據(jù)該顏色決定將其放入哪個(gè)容器。
這個(gè)步驟依賴于顏色比較。我們希望能夠區(qū)分顏色以限制誤報(bào)，但也允許足夠的閾值來(lái)限制假陰性。比較顏色實(shí)際上是非常復(fù)雜的，因?yàn)橛?jì)算機(jī)將顏色存儲(chǔ)為RGB的方式，以及人類感知顏色的方式并不是線性相關(guān)的。更糟糕的是，還必須考慮在下面觀察顏色的光的顏色。
有復(fù)雜的計(jì)算色差的算法。我們使用CIE2000，如果2種顏色與人類無(wú)法區(qū)分，則輸出接近1的數(shù)字。我們使用ColorMineC＃庫(kù)來(lái)完成這些復(fù)雜的計(jì)算。已發(fā)現(xiàn)DeltaE值為5可在假陽(yáng)性和假陰性之間提供良好的折衷。
由于容器通常有更多顏色，因此最后一個(gè)位置保留為捕獲箱。我通常將這些設(shè)置為第二次通過(guò)機(jī)器。
List
colors=newList
;
List
colorPanels=newList
;
ListcolorsTxts=newList;
ListcolorCnts=newList;
constintnumColorSpots=18;
constintunknownColorIndex=18;
intfindColorPosition{
物流分揀機(jī)器人參數(shù)（“Findingcolor.。.”）;
varcRGB=newRgb;
=;
=;
=;
intbestMatch=-1;
doublematchDelta=100;
for（inti=0;i《;i++）{
varRGB=newRgb;
=colors［i］.R;
=colors［i］.G;
=colors［i］.B;
doubledelta=（RGB，newCieDe2000Comparison;
//doubledelta=deltaE;
+“）：”+;
if（delta《matchDelta）{
matchDelta=delta;
bestMatch=i;
}
}
if{
（“Found?。≒osn：”+bestMatch+“Delta：”+matchDelta+“）”）;
returnbestMatch;
}
if（《numColorSpots）{
;
;
（newAction，newobject［］{-1}）;
writeOutColors;
return;
}else{
（“UnknownColor！”）;
returnunknownColorIndex;
}
}
排序邏輯
排序功能將所有部分匯集在一起以實(shí)際排序珠子。該函數(shù)在專用線程中運(yùn)行;移動(dòng)頂板，檢測(cè)珠子顏色，將其放入垃圾箱，確保頂板保持對(duì)齊，計(jì)數(shù)珠子等。當(dāng)垃圾箱變滿時(shí)，它也會(huì)停止運(yùn)行-否則我們最終會(huì)溢出珠子。
ThreadcolourTestThread;
Booleanruntest=false;
voidcolourTest
=true;
if
=true;
while{
nextMagnet;
;
try{
if（《（magSensorMax-4））
alignMotor;
}catch{alignMotor;}
nextCamera;
detecting=true;
while
;
（“DetectCount：”+detectCnt）;
detecting=false;
Colorc=detectedColor;
（newAction
，newobject［］{c}）;
inti=findColorPosition;
SetBottomPosition;
nextHole;
colorCnts［i］++;
（newAction，newobject［］{i}）;
;
if（colorCnts［unknownColorIndex］》500）{
=false;
=false;
runtest=false;
（newAction，null）;
return;
}
}
}
privatevoidcolourTestBtn_Click（objectsender，EventArgse）{
if（colourTestThread==null||?。﹞
colourTestThread=newThread（newThreadStart;
runtest=true;
;
=“STOP”;
=;
}else{
runtest=false;
=“GO”;
=;
}
}
此時(shí)，我們有一個(gè)工作程序。一些代碼被遺漏在文章之外，所以看一下實(shí)際運(yùn)行它的源代碼。
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