本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于成捆圓鋼端面自動(dòng)貼標(biāo)系統(tǒng)中貼標(biāo)機(jī)器人的優(yōu)選方法，屬于冶金行業(yè)自動(dòng)貼標(biāo)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，鋼鐵廠中完成成捆圓鋼端面貼標(biāo)的工作主要是依靠人工，在部分鋼鐵企業(yè)中正在逐步采用自動(dòng)貼標(biāo)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了利用機(jī)器人對成捆圓鋼端面進(jìn)行自動(dòng)貼標(biāo)。例如：中國專利號CN2016202585353、CN201610193686X中，提出了一種應(yīng)用于成捆圓鋼端面貼標(biāo)的機(jī)器人自動(dòng)貼標(biāo)系統(tǒng)，系統(tǒng)中貼標(biāo)機(jī)器人的種類和型號的選用不僅直接影響著自動(dòng)貼標(biāo)的效果，還直接制約著整個(gè)自動(dòng)貼標(biāo)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，不能實(shí)現(xiàn)成捆圓鋼端面自動(dòng)貼標(biāo)系統(tǒng)中硬件的最優(yōu)匹配。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為本發(fā)明提出了一種針對成捆圓鋼端面自動(dòng)貼標(biāo)系統(tǒng)中的貼標(biāo)機(jī)器人進(jìn)行優(yōu)選的方法，采用AHP-TOPSIS法對貼標(biāo)機(jī)器人進(jìn)行優(yōu)選，以實(shí)現(xiàn)成捆圓鋼端面自動(dòng)貼標(biāo)系統(tǒng)中硬件的最優(yōu)匹配，解決背景技術(shù)存在的上述問題。

本發(fā)明技術(shù)方案是：

一種針對成捆圓鋼端面自動(dòng)貼標(biāo)系統(tǒng)中的貼標(biāo)機(jī)器人進(jìn)行優(yōu)選的方法，包含如下步驟：

第1步，通過分析成捆圓鋼端面貼標(biāo)工藝，明確對貼標(biāo)機(jī)器人的具體需求，并以此確定貼標(biāo)機(jī)器人的評價(jià)指標(biāo)，對評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分層處理，建立層次結(jié)構(gòu)模型；

第2步，對分層后的各評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行打分，建立特征矩陣，并對特征矩陣進(jìn)規(guī)范化處理得到規(guī)范化矩陣；

第3步，利用層次分析法，簡稱AHP，確定各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，并對評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重做一致性檢驗(yàn)；

第4步，將評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重與其規(guī)范化矩陣相乘，得出權(quán)重規(guī)范化矩陣；

第5步，利用TOPSIS求出各評價(jià)指標(biāo)的理想解與反理想解、各評價(jià)指標(biāo)與理想解和反理想解之間的距離以及各評價(jià)對象與理想解的貼近度，最終通過各評價(jià)對象與理想解的貼近度對評價(jià)對象進(jìn)行排序，并通過排序結(jié)果進(jìn)行貼標(biāo)機(jī)器人的優(yōu)選決策。

所述通過排序結(jié)果進(jìn)行貼標(biāo)機(jī)器人的優(yōu)選決策，是在并聯(lián)機(jī)器人、串聯(lián)機(jī)器人和直角坐標(biāo)機(jī)器人之間進(jìn)行優(yōu)選。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明針對成捆圓鋼端面自動(dòng)貼標(biāo)系統(tǒng)中貼標(biāo)機(jī)器人進(jìn)行了優(yōu)選，該優(yōu)選方法通過AHP計(jì)算出各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，通過TOPSIS計(jì)算出各評價(jià)對象與理想解的貼近度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對貼標(biāo)機(jī)器人的排序，并以此完成對貼標(biāo)機(jī)器人的優(yōu)選。該方法有效地優(yōu)選出成捆圓鋼端面自動(dòng)貼標(biāo)系統(tǒng)的貼標(biāo)機(jī)器人，優(yōu)化了成捆圓鋼端面自動(dòng)貼標(biāo)系統(tǒng)的硬件搭配，提高了成捆圓鋼端面自動(dòng)貼標(biāo)系統(tǒng)的實(shí)用性。

附圖說明

圖1本發(fā)明方法適用的成捆圓鋼端面自動(dòng)貼標(biāo)裝置的結(jié)構(gòu)簡圖；

圖中：1供壓單元；2機(jī)器視覺單元；3供標(biāo)單元；4貼標(biāo)機(jī)器人；

圖2本發(fā)明方法的評價(jià)指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

一種針對成捆圓鋼端面自動(dòng)貼標(biāo)系統(tǒng)中的貼標(biāo)機(jī)器人進(jìn)行優(yōu)選的方法，包含如下步驟：

第1步，通過分析成捆圓鋼端面貼標(biāo)工藝，明確對貼標(biāo)機(jī)器人的具體需求，并以此確定貼標(biāo)機(jī)器人的評價(jià)指標(biāo)，對評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分層處理，建立層次結(jié)構(gòu)模型；

第2步，對分層后的各評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行打分，建立特征矩陣，并對特征矩陣進(jìn)規(guī)范化處理得到規(guī)范化矩陣；

第3步，利用層次分析法，簡稱AHP，確定各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，并對評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重做一致性檢驗(yàn)；

第4步，將評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重與其規(guī)范化矩陣相乘，得出權(quán)重規(guī)范化矩陣；

第5步，利用TOPSIS求出各評價(jià)指標(biāo)的理想解與反理想解、各評價(jià)指標(biāo)與理想解和反理想解之間的距離以及各評價(jià)對象與理想解的貼近度，最終通過各評價(jià)對象與理想解的貼近度對評價(jià)對象進(jìn)行排序，并通過排序結(jié)果進(jìn)行貼標(biāo)機(jī)器人的優(yōu)選決策。

在實(shí)施例中，參照附圖1，成捆圓鋼端面自動(dòng)貼標(biāo)系統(tǒng)，包括正負(fù)壓供壓單元1、機(jī)器視覺單元2、供標(biāo)單元3、貼標(biāo)機(jī)器人4。

成捆圓鋼端面自動(dòng)貼標(biāo)系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理是：成捆圓鋼運(yùn)行到位后機(jī)器視覺單元2對圓鋼端面進(jìn)行拍照、視覺處理，獲取圓鋼端面的位姿信息并將其上傳至貼標(biāo)機(jī)器人4，貼標(biāo)機(jī)器人4在獲取位姿后在供標(biāo)單元3、供壓單元1的配合下實(shí)現(xiàn)成捆圓鋼端面的自動(dòng)貼標(biāo)。整套系統(tǒng)的主要貼標(biāo)過程是：首先貼標(biāo)機(jī)器人4移動(dòng)使安裝其末端的真空吸盤移動(dòng)到供標(biāo)單元3已打印好的不干膠標(biāo)簽的正上方，然后貼標(biāo)機(jī)器人4垂直向下移動(dòng)，使真空吸盤與標(biāo)簽接觸并利用供壓單元1產(chǎn)生的負(fù)壓吸緊標(biāo)簽。吸緊標(biāo)簽后貼標(biāo)機(jī)器人4末端的真空吸盤帶著標(biāo)簽垂直遠(yuǎn)離標(biāo)簽打印機(jī)一段距離后快速移向成捆圓鋼端面的正前方，并使標(biāo)簽正中心與待貼標(biāo)的圓鋼中心重合。貼標(biāo)機(jī)器人4的末端沿直線靠近圓鋼端面，使標(biāo)簽與圓鋼端面接觸并壓緊使標(biāo)簽黏貼到指定的圓鋼端面上。之后供壓單元1提供一種正氣壓，正氣壓通過真空吸盤作用在標(biāo)簽上，使標(biāo)簽粘牢。最后貼標(biāo)機(jī)器人4再沿直線遠(yuǎn)離圓鋼端面，遠(yuǎn)離一段距離后以最快速度返回到供標(biāo)單元3的正上方，取下一張標(biāo)簽。

在整個(gè)貼標(biāo)過程中，貼標(biāo)機(jī)器人4的作用是標(biāo)簽的吸取及粘貼，在實(shí)際應(yīng)用中貼標(biāo)機(jī)器人可選用并聯(lián)機(jī)器人、串聯(lián)機(jī)器人以及直角坐標(biāo)機(jī)器人，這就需對貼標(biāo)機(jī)器人進(jìn)行優(yōu)選。

本實(shí)施例優(yōu)選的步驟如下：

第1步，結(jié)合高品質(zhì)圓鋼的生產(chǎn)工藝，將成捆圓鋼端面的自動(dòng)貼標(biāo)安排在最后一個(gè)工位，自動(dòng)貼標(biāo)工藝的主要參數(shù)如下：

圓鋼的直徑范圍：30-110mm；

圓鋼捆的直徑：小于360mm；

圓鋼長度：4-12m；

圓鋼捆的重量：約2.5t；

圓鋼捆中各圓鋼端面軸向最大距離：50mm；

標(biāo)簽的形式和尺寸：圓形標(biāo)簽共有25mm、40mm、50mm、90mm四種規(guī)格；

每捆圓鋼允許的貼標(biāo)時(shí)間：7min。

在分析成捆圓鋼端面貼標(biāo)工藝的基礎(chǔ)上綜合考慮了主、客觀因素，最終將貼標(biāo)機(jī)器人的評價(jià)指標(biāo)定為：花費(fèi)A₁：價(jià)格B₁、耗能B₂、外部配置B₃；適應(yīng)度A₂：精度B₄、速度B₅、工占比B₆，工占比就是有效工作空間與總體占用空間之比；編程A₃：編程難易度B₇，各評價(jià)指標(biāo)之間的層次結(jié)構(gòu)模型，參照附圖2。

第2步，對分完層后的評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行打分，打分表如表1所示。由表1可以看出，各評價(jià)指標(biāo)的表示方式并不完全相同，為了便于屬性決策，需要對定性屬性進(jìn)行量化轉(zhuǎn)換。將量化后屬性值的取值范圍為定為0-10，則屬性等級與量化值的對應(yīng)關(guān)系可以采用如表2所示的方式(極端值0和10一般不用，留給極特殊的情況使用)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

表1評價(jià)指標(biāo)打分表

表2 9等級量化表

在所給出的評價(jià)指標(biāo)中，價(jià)格B₁、耗能B₂、外部配置B₃、精度B₄、編程難易度B₈的值越低越好，這幾個(gè)評價(jià)指標(biāo)稱為成本指標(biāo)，其他評價(jià)指標(biāo)的值越高越好，稱為效益指標(biāo)。成本指標(biāo)的可轉(zhuǎn)化為效益指標(biāo)，其方法為是：如果評價(jià)指標(biāo)為絕對數(shù)成本指標(biāo)x，則可使用倒數(shù)法(100/x)將其轉(zhuǎn)換為效益指標(biāo)；如果評價(jià)指標(biāo)是相對數(shù)成本指標(biāo)x，則可使用差值法(10-x)將其轉(zhuǎn)換為效益指標(biāo)。

轉(zhuǎn)換后將評價(jià)指標(biāo)的值搭建成一個(gè)特征矩陣D，并利用轉(zhuǎn)換公式對特征矩陣進(jìn)行規(guī)范化處理，得規(guī)范化矩陣D₁：

第3步，在確定規(guī)范化矩陣D₁后需利用層次分析法對特征矩陣進(jìn)行加權(quán)處理。首先利用成對比較和1-9比較尺度法對第二層評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行對比，得成對比較陣S，第二層成對比較陣S為：確定對比較陣S后可求出S的最大特征根λ₁₁＝3.0037以及歸一化后的最大特征根所對應(yīng)的特征向量為ω₁₁＝[0.1220,0.6483,0.2297]^T，通過公式可求出成對比較矩陣的一致性指標(biāo)CI＝0.00175，通過查表3可知三階成對比較陣平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI＝0.52，通過公式可算得CR＝0.003<0.1，因此可以判斷出該成對比較陣符合一致性，故可將歸一化后成對比較陣的最大特征根所對應(yīng)的特征向量ω₁₁作為第二層評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

表3平均隨機(jī)一致性指標(biāo)(RI)表

同樣可建立第三層的三個(gè)成對比較陣：A₃＝[1]，并在此基礎(chǔ)上可求其最大特征根λ和歸一化后最大特征根所對應(yīng)的特征向量ω，以及成對比較陣的一致性指標(biāo)CI和隨機(jī)一致性比率CR，如表4所示。

表4第3層評價(jià)指標(biāo)一致性檢驗(yàn)表

可以看出第三層各成對比較陣的一致性比率CR<0.1即成對比較陣通過了一致性檢驗(yàn)，可將最大特征根所對應(yīng)的特征向量作為評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

在確定各層評價(jià)指標(biāo)權(quán)向量后，可對組合權(quán)向量進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，利用公式可計(jì)算組合權(quán)向量的一致性比率得CR＝0.003<0.1，故組合權(quán)向量符合一致性要求，即可將組合權(quán)向量作為評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。這樣就可以得出標(biāo)準(zhǔn)層以及子標(biāo)準(zhǔn)層的權(quán)重，如表5所示。

表5標(biāo)準(zhǔn)層及子標(biāo)準(zhǔn)層權(quán)重表

第4步，利用層次分析法所得出的權(quán)重通過公式v_ij＝ω_ijr_ij對規(guī)范化矩陣進(jìn)行加權(quán)處理，得權(quán)重規(guī)范化矩陣V為：

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在權(quán)重規(guī)范化矩陣V中選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-的向量為：

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]，

在確定理想解A⁺與反理想解A^-后，可利用公式及計(jì)算出各評價(jià)對象與理想解和反理想解之間的距離為：

S⁺＝[0.1070 0.4669 0.4700]^T

S^-＝[0.4663 0.1027 0.0625]^T

得出評價(jià)對象與理想解和反理想解之間的距離后通過計(jì)算公式可算出各評價(jià)對象與理想解的貼近度C⁺的值為：

C⁺＝[0.8134 0.1803 0.1173]^T

由此可以看出貼標(biāo)機(jī)器人優(yōu)選的排序?yàn)镽₁>R₂>R₃，即貼標(biāo)機(jī)器人的優(yōu)選排序方案順序?yàn)椋捍?lián)機(jī)器人UR5>并聯(lián)機(jī)器人IRB360>直角坐標(biāo)機(jī)器人。也就是說選用串聯(lián)機(jī)器人UR5作為貼標(biāo)機(jī)器人這個(gè)方案最優(yōu)。