基于红外矩阵对象目标位置的识别与分拣.pdf

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1、第３期（总第２０２期）机械工程与自动化No．３２０１７年６月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONJun．文章编号：１６７２‐６４１３（２０１７）０３‐０１４２‐０２基于红外矩阵对象目标位置的识别与分拣陈胜利，陈友淦（河源职业技术学院机电工程学院，广东河源５１７０００）摘要：创新性地提出了一种对象目标位置识别与分拣的方法，利用红外对射管的稳定性创建红外对射矩阵。当有对象目标物在矩阵网中出现时，即会遮挡住相应的行和列的红外管接收，通过单片机的程序算法来确定该对象目标物所在矩阵中的位置，以实现目标对象物位置的判

2、别，最后通过控制系统实现对目标对象物的拾取，实现分拣。关键词：红外矩阵；单片机；位置识别；定位控制；分拣中图分类号：TP２７３文献标识码：A0引言的信息传送给拾取机构的控制器。在特殊应用设计目前所用的对对象目标物的定位方法主要是通过上，如需进一步细分矩形阵列的行与列，即扩展红外矩机器视觉系统来完成，机器视觉在生产应用中功能非阵的密度，可以通过７４H５９５等芯片扩展I／O口来满［１－３］常多而且很强大。但在很多情况下只是用到其中足定位的需要，单片机最小系统原理如图２所示。的某一部分功能，比如识别二维码和简单的物体定位，这时机器视觉系统

3、的许多功能就显得有些多余了，而且造成了设计开发成本的上升。视觉系统的整体结构相对比较复杂，特别是软件程序设计部分价格不菲，一般机器视觉系统都需要技术过硬的专业技术人员去完成项目。机器视觉首先是根据项目的需要选择合适的图１红外矩阵位置识别与分拣系统硬件逻辑设计框架镜头、相机、光源等硬件，选择合适的光源进行打光有助于图片成像的清晰，而相机和镜头则是整个系统成像的重要部分，在选择镜头和相机时还需要考虑镜头的分辨率要略大于相机的分辨率等问题。硬件成像成功后，通过采集图像和计算机调整图像的亮度和抑制等，得到特征分割明显最有利于进行分析的图像，

4、然后再通过形状匹配、斑点分析、图像对比等处理方法取出待检测物体的特征，最后将图像与现实中物体的位置进行坐标标定就可以对视野内的目标对象物进行定位。本文开发设计了一种利用廉价的红外发射管对射创建矩阵网代替昂贵的机器视觉进行目标定位，并可［４－８］应用于分拣系统。1红外矩阵位置识别与分拣系统的硬件设计红外矩阵位置识别与分拣系统是通过红外矩阵识别网实时反馈对射管发射与接收状态给单片机，再通过单片机程序运算处理识别目标对象物所处的位置，控制定位控制器驱动执行机构，拾取对象目标物，其硬件逻辑设计框架如图１所示。５１单片机属于经典型微控器，主要

5、是读取红外接收管的开关量，并进行运算分析定位，最终将定位出来图２５１单片机系统原理图２０１６年广东省省级科技计划项目（２０１６A０７０７１５００２）收稿日期：２０１７‐０３‐０１；修订日期：２０１７‐０３‐１２作者简介：陈胜利（１９７９‐），男，湖南双峰人，副教授，硕士，主要从事机械制造及自动化应用与研究。２０１７年第３期陈胜利，等：基于红外矩阵对象目标位置的识别与分拣·１４３·该系统采用红外对射管作为位置检测的前端硬在反向偏压下工作，这样可以减小载流子渡越时间及件。其工作原理为：当红外接收管接收到的发射管发二极管的极间电容，以提高

6、探测器的响应灵敏度和频射的光的频率和强度越大时，红外接收管的电阻阻值率，而光敏电阻的响应频率很慢。同时，由公式越低，超过一定的限度则类似于导通的电线，可以读出URIph＝（其中，Iph为光电流，UR为加在二极管上的反低电平；反之接收到的红外光频率和强度越低，则红外Rg接收管的电阻阻值越高，可以读出高电平。红外接收向电压，Rg为特定波段光照下二极管的阻值）可计算管与５１单片机连线时需接１０kΩ左右的上拉电阻来出光电流，用于匹配I／O口的负载电流，防止I／O口稳定单片机读取的信号。烧坏。红外发射管的驱动方式如图３所示。若红外发射3控制流

7、程设计管为多颗并联时，建议采用非同源共地驱动方式，在每为实现对位置识别及对象目标物的拾取，该系统颗红外发射管处加一限流电阻，以保证红外发射管之控制设计流程如图６所示。亮度一致。图３红外发射管的驱动方式红外矩阵识别与分拣硬件设计如图４所示。红外管布局设计在红外矩阵识别区四方形的区域边框上，对象目标物可置于识别区域中，旁边配置具有平面运动的X、Y轴，其Y轴上配置拾取装置（若从稳定性和效率考虑，建议采用工业型机械手）。当系统识别并定位到识别区内的对象目标物时，拾取装置进行拾取，实图５红外矩阵控制电路现定位与分拣功能。图４识别与拾取装置硬件

8、2控制电路设计依托上述硬件进行控制电路设计。系统采用单片机和红外对射管创建如图５所示的控制电路，左侧为５１单片机系统，右侧为红外矩阵布局示意图。５１单片机端的列１脚～４脚和行１脚～８脚分别与右侧红外矩阵的标号相对应。实际应用中，依据检