一种成捆圆钢端面自动贴标系统中贴标机器人的优选方法与流程

本发明涉及一种应用于成捆圆钢端面自动贴标系统中贴标机器人的优选方法，属于冶金行业自动贴标技术领域。

背景技术：

目前，钢铁厂中完成成捆圆钢端面贴标的工作主要是依靠人工，在部分钢铁企业中正在逐步采用自动贴标系统，实现了利用机器人对成捆圆钢端面进行自动贴标。例如：中国专利号CN2016202585353、CN201610193686X中，提出了一种应用于成捆圆钢端面贴标的机器人自动贴标系统，系统中贴标机器人的种类和型号的选用不仅直接影响着自动贴标的效果，还直接制约着整个自动贴标系统的经济性，不能实现成捆圆钢端面自动贴标系统中硬件的最优匹配。

技术实现要素：

为本发明提出了一种针对成捆圆钢端面自动贴标系统中的贴标机器人进行优选的方法，采用AHP-TOPSIS法对贴标机器人进行优选，以实现成捆圆钢端面自动贴标系统中硬件的最优匹配，解决背景技术存在的上述问题。

本发明技术方案是：

一种针对成捆圆钢端面自动贴标系统中的贴标机器人进行优选的方法，包含如下步骤：

第1步，通过分析成捆圆钢端面贴标工艺，明确对贴标机器人的具体需求，并以此确定贴标机器人的评价指标，对评价指标进行分层处理，建立层次结构模型；

第2步，对分层后的各评价指标进行打分，建立特征矩阵，并对特征矩阵进规范化处理得到规范化矩阵；

第3步，利用层次分析法，简称AHP，确定各评价指标的权重，并对评价指标的权重做一致性检验；

第4步，将评价指标的权重与其规范化矩阵相乘，得出权重规范化矩阵；

第5步，利用TOPSIS求出各评价指标的理想解与反理想解、各评价指标与理想解和反理想解之间的距离以及各评价对象与理想解的贴近度，最终通过各评价对象与理想解的贴近度对评价对象进行排序，并通过排序结果进行贴标机器人的优选决策。

所述通过排序结果进行贴标机器人的优选决策，是在并联机器人、串联机器人和直角坐标机器人之间进行优选。

本发明的有益效果：本发明针对成捆圆钢端面自动贴标系统中贴标机器人进行了优选，该优选方法通过AHP计算出各评价指标的权重，通过TOPSIS计算出各评价对象与理想解的贴近度，进而实现对贴标机器人的排序，并以此完成对贴标机器人的优选。该方法有效地优选出成捆圆钢端面自动贴标系统的贴标机器人，优化了成捆圆钢端面自动贴标系统的硬件搭配，提高了成捆圆钢端面自动贴标系统的实用性。

附图说明

图1本发明方法适用的成捆圆钢端面自动贴标装置的结构简图；

图中：1供压单元；2机器视觉单元；3供标单元；4贴标机器人；

图2本发明方法的评价指标层次结构图。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。

一种针对成捆圆钢端面自动贴标系统中的贴标机器人进行优选的方法，包含如下步骤：

第1步，通过分析成捆圆钢端面贴标工艺，明确对贴标机器人的具体需求，并以此确定贴标机器人的评价指标，对评价指标进行分层处理，建立层次结构模型；

第2步，对分层后的各评价指标进行打分，建立特征矩阵，并对特征矩阵进规范化处理得到规范化矩阵；

第3步，利用层次分析法，简称AHP，确定各评价指标的权重，并对评价指标的权重做一致性检验；

第4步，将评价指标的权重与其规范化矩阵相乘，得出权重规范化矩阵；

第5步，利用TOPSIS求出各评价指标的理想解与反理想解、各评价指标与理想解和反理想解之间的距离以及各评价对象与理想解的贴近度，最终通过各评价对象与理想解的贴近度对评价对象进行排序，并通过排序结果进行贴标机器人的优选决策。

在实施例中，参照附图1，成捆圆钢端面自动贴标系统，包括正负压供压单元1、机器视觉单元2、供标单元3、贴标机器人4。

成捆圆钢端面自动贴标系统的运行机理是：成捆圆钢运行到位后机器视觉单元2对圆钢端面进行拍照、视觉处理，获取圆钢端面的位姿信息并将其上传至贴标机器人4，贴标机器人4在获取位姿后在供标单元3、供压单元1的配合下实现成捆圆钢端面的自动贴标。整套系统的主要贴标过程是：首先贴标机器人4移动使安装其末端的真空吸盘移动到供标单元3已打印好的不干胶标签的正上方，然后贴标机器人4垂直向下移动，使真空吸盘与标签接触并利用供压单元1产生的负压吸紧标签。吸紧标签后贴标机器人4末端的真空吸盘带着标签垂直远离标签打印机一段距离后快速移向成捆圆钢端面的正前方，并使标签正中心与待贴标的圆钢中心重合。贴标机器人4的末端沿直线靠近圆钢端面，使标签与圆钢端面接触并压紧使标签黏贴到指定的圆钢端面上。之后供压单元1提供一种正气压，正气压通过真空吸盘作用在标签上，使标签粘牢。最后贴标机器人4再沿直线远离圆钢端面，远离一段距离后以最快速度返回到供标单元3的正上方，取下一张标签。

在整个贴标过程中，贴标机器人4的作用是标签的吸取及粘贴，在实际应用中贴标机器人可选用并联机器人、串联机器人以及直角坐标机器人，这就需对贴标机器人进行优选。

本实施例优选的步骤如下：

第1步，结合高品质圆钢的生产工艺，将成捆圆钢端面的自动贴标安排在最后一个工位，自动贴标工艺的主要参数如下：

圆钢的直径范围：30-110mm；

圆钢捆的直径：小于360mm；

圆钢长度：4-12m；

圆钢捆的重量：约2.5t；

圆钢捆中各圆钢端面轴向最大距离：50mm；

标签的形式和尺寸：圆形标签共有25mm、40mm、50mm、90mm四种规格；

每捆圆钢允许的贴标时间：7min。

在分析成捆圆钢端面贴标工艺的基础上综合考虑了主、客观因素，最终将贴标机器人的评价指标定为：花费A₁：价格B₁、耗能B₂、外部配置B₃；适应度A₂：精度B₄、速度B₅、工占比B₆，工占比就是有效工作空间与总体占用空间之比；编程A₃：编程难易度B₇，各评价指标之间的层次结构模型，参照附图2。

第2步，对分完层后的评价指标进行打分，打分表如表1所示。由表1可以看出，各评价指标的表示方式并不完全相同，为了便于属性决策，需要对定性属性进行量化转换。将量化后属性值的取值范围为定为0-10，则属性等级与量化值的对应关系可以采用如表2所示的方式(极端值0和10一般不用，留给极特殊的情况使用)进行转换。

表1评价指标打分表

表2 9等级量化表

在所给出的评价指标中，价格B₁、耗能B₂、外部配置B₃、精度B₄、编程难易度B₈的值越低越好，这几个评价指标称为成本指标，其他评价指标的值越高越好，称为效益指标。成本指标的可转化为效益指标，其方法为是：如果评价指标为绝对数成本指标x，则可使用倒数法(100/x)将其转换为效益指标；如果评价指标是相对数成本指标x，则可使用差值法(10-x)将其转换为效益指标。

转换后将评价指标的值搭建成一个特征矩阵D，并利用转换公式对特征矩阵进行规范化处理，得规范化矩阵D₁：

第3步，在确定规范化矩阵D₁后需利用层次分析法对特征矩阵进行加权处理。首先利用成对比较和1-9比较尺度法对第二层评价指标进行对比，得成对比较阵S，第二层成对比较阵S为：确定对比较阵S后可求出S的最大特征根λ₁₁＝3.0037以及归一化后的最大特征根所对应的特征向量为ω₁₁＝[0.1220,0.6483,0.2297]^T，通过公式可求出成对比较矩阵的一致性指标CI＝0.00175，通过查表3可知三阶成对比较阵平均随机一致性指标RI＝0.52，通过公式可算得CR＝0.003<0.1，因此可以判断出该成对比较阵符合一致性，故可将归一化后成对比较阵的最大特征根所对应的特征向量ω₁₁作为第二层评价指标的权重。

表3平均随机一致性指标(RI)表

同样可建立第三层的三个成对比较阵：A₃＝[1]，并在此基础上可求其最大特征根λ和归一化后最大特征根所对应的特征向量ω，以及成对比较阵的一致性指标CI和随机一致性比率CR，如表4所示。

表4第3层评价指标一致性检验表

可以看出第三层各成对比较阵的一致性比率CR<0.1即成对比较阵通过了一致性检验，可将最大特征根所对应的特征向量作为评价指标的权重。

在确定各层评价指标权向量后，可对组合权向量进行一致性检验，利用公式可计算组合权向量的一致性比率得CR＝0.003<0.1，故组合权向量符合一致性要求，即可将组合权向量作为评价指标的权重。这样就可以得出标准层以及子标准层的权重，如表5所示。

表5标准层及子标准层权重表

第4步，利用层次分析法所得出的权重通过公式v_ij＝ω_ijr_ij对规范化矩阵进行加权处理，得权重规范化矩阵V为：

第5步，利用公式A⁺＝(max v_ij|j∈J₁),(min v_ij|j∈J₂),j＝1,2,…,n和公式A^-＝(min v_ij|j∈J₁),(max v_ij|j∈J₂),j＝1,2,…,n在权重规范化矩阵V中选出每一列的最大值得出理想解A⁺向量以及每一列的最小值得出反理想解A-的向量为：

A⁺＝[0.0283 0.0605 0.0155 0.0517 0.1120 0.4637 0.1533]

A^-＝[0.0148 0.0061 0.0088 0.0258 0.0122 0.0011 0.1095]，

在确定理想解A⁺与反理想解A^-后，可利用公式及计算出各评价对象与理想解和反理想解之间的距离为：

S⁺＝[0.1070 0.4669 0.4700]^T

S^-＝[0.4663 0.1027 0.0625]^T

得出评价对象与理想解和反理想解之间的距离后通过计算公式可算出各评价对象与理想解的贴近度C⁺的值为：

C⁺＝[0.8134 0.1803 0.1173]^T

由此可以看出贴标机器人优选的排序为R₁>R₂>R₃，即贴标机器人的优选排序方案顺序为：串联机器人UR5>并联机器人IRB360>直角坐标机器人。也就是说选用串联机器人UR5作为贴标机器人这个方案最优。