工业分拣控制系统设计 汤哲

摘要：在工业流程及农业采摘过程中，物体快速分类识别技术可以大幅提高工作效率。目前，该技术多应用于工厂传送带上物体的封装分类、水果蔬菜优劣质识别、汽车工业等领域。特别是快递分类中应用极广。在电子商务飞速发展的今天，物流的时效性变得尤为重要。人力成本对物流产业的影响及冲击是极大的，而机器运送分装，具有高度的自动化、高效率、高精度和环境适应性强等优势。因此，分拣机器人扮演着重要的角色。本文将举例叙述分拣系统的原理及模型建立。

关键词：分拣；数学模型；软件模型；信号；控制；随机；输入；输出 1.简介

该论文的目的为遵循工业机械分拣的原理设计一个拣物及投放系统，简单明了的展现出该系统的功能及设计思路。通过建立数学模型来控制该系统逻辑，软件绘制图表来模拟工作过程并设置参数以控制工作分拣频率和工作顺序。此项设计使用Simulink中的特殊功能来改进工业流程。在绘制图表之前，应充分理解分拣系统的工作原理。本文主要阐述一项机器手臂根据传送带上物品重量而进行选择分类的工业流程。所模拟物品为两种不同重量的箱子箱子，其中一种为0.5千克重，机械手臂将转动90度将该重量的箱子投放到A仓中，另一种为1.0千克重，机械手臂将转动180度将此重量的箱子投放到B仓中，此外，0.5千克重的箱子数量是1.0千克重箱子数量的四倍。 2.流程分析 2.1 基本设置

0.5千克重的箱子占据了总数量的五分之四。因此设置0.5千克的重量箱子在0秒时开始被机械手臂拾起，整个分拣流程为机器手臂在0度位置拾起箱子，旋转90度将该箱投入A仓总，再复位到0度。机械手臂拾起和投放时间各为1秒，旋转90度的时间为2秒钟，复位过程也为2秒钟。这意味着A仓分拣整个流程时间6秒。1.0千克重的箱子占据了总数量的五分之一，若假设该重量箱子在上一个分拣流程后及开始被机械手臂拾起，整个分拣流程为机器手臂在0度位置拾起箱子，旋转180度将该箱投入B仓总，再复位到0度。机械手臂拾起和投放时间各为1秒，设置旋转180度的时间为3秒钟，复位过程也为3秒钟，整个流程时间8秒。

2.3 无箱子设置

由于考虑履带传送中常见的现象，箱子摆放不经常连续排列，会偶尔空置一个箱子的位置。因此设置光学传感器将检测故障并通知机器人控制系统，以便机器人不会采取任何行动，而是等待下一个箱子到来。所以应该有一个随机信号来确保一个箱子随机丢失。如果遇到该种情况，系统将不会采取任何动作，静置等待下一个箱子被检测证实在传送带上，则启动程序。 3.建立数学及软件模型

下列方程式组阐述了0.5千克箱子旋转90度分拣的基本逻辑。

4 模型校验

在绘制完成机械手臂90度及180度旋转模拟仿真流程图后，应输入设定参数测试输入信号是否正确。因此设计一个新的简单图表来测试输入信号是必要的。将描述90度旋转和180度旋转信号的文件链接到每个相应的matlab函数。然后在开关功能中设置参数。开始运行，

并校验输入数据。

在确认所设计输入参数无误后，下一步为校验输出信号是否有效。因为0.5千克箱子的数量是1.0千克箱子的四倍。其中输出信号中需要随机函数模块给出五个信号模拟不同箱子的重量。另外，开关功能模块有三个输入接口，如果'x1'的输出链接到开关模块的第一个输入点，则开关参数应为'u2>阈值'（阈值为'0.2'）。更重要的是，最终结果应该有一个丢失的信号输入信号。因此，随机函数输入0信号并与'x1'的输出信号组合在一起作为随机函数模块的输入量。整个程序遵循上述原则设计，校验整体输出信号是否符合设计要求。图一为分拣系统Simulink仿真模型图，清晰的显示出了不同重量箱子的分拣逻辑及随机零箱子无动作功能；图二显示了 ， ， ， 四个数学量的输出信号，根据数学模型逐步运算后，每个参数均有代表各自特性的信号输出；图三为最终输出信号，完全符合系统设置及参数配置。 图一 分拣系统Simulink仿真图

5.结论

该分拣系统的设计以假设、调研、原理分析、建立数学模型、建立软件模型为基本思路，并充分考虑实际操作中会发生的情况，逐步改进系统控制逻辑。利用反馈机制、随机函数模块使运算环环相扣，在精确的控制分拣流程时兼顾系统自学习功能，根据实时情况通过计算决定下一个箱子分拣的控制逻辑。在各个环节建立数学及软件模型后，需确认输入信号及输出信号是否符合预期要求。如此，方可确保下一步的模型设计基于正确的逻辑。

如今，电气控制的应用无处不在，反馈逻辑、模型建立已是最基础的功能。风力发电机组的控制、高铁动车组的控制、高速公路不停车收费系统的控制、物流货物分装等均与大众生活息息相关。而越来越完善的人工智能，是集各工业控制系统为一体的庞大智能体系，是研究使计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为（如学习、推理、思考、规划等）的学科。无论是多么复杂的逻辑、多么高精端的仪器都离不开基础的控制原理及不断自我学习改进的过程（反馈功能），输入量的准确性、中间量的运算方式、输出数量的精确度、数学模型和软件模型建立的合理性，均为最重要的环节。因此，该工业分拣控制系统的设计本着电气控制的本质思路，逐步完善各节点参数，精确的输出模拟了预期结果。