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作品名称：基于HALCON与机械臂的彩色木块分拣堆叠系统
学校名称：南通理工学院
参赛队伍：工业第一梯队
队伍编号：214420
参赛学生：俞丽婷陈蕊唐紫棠汪家乐
指导老师：马丹乐王青
投票日期：2025年10月10日 00:00->2025年12月15日 00:00
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详细说明

本项目聚焦智能制造与工业自动化领域，针对彩色小木块的自动化分拣与堆叠需求，融合 HALCON 视觉识别技术与六轴协作机械臂控制技术，构建了一套高效、精准且低成本易部署的自动化处理系统，不仅可广泛应用于玩具组装、小型物料分拣等轻量级场景，还能为工业自动化专业提供 “视觉算法与机械控制融合” 的实践范例，同时契合全国应用型人才综合技能大赛对应用型技术创新与实践的要求。系统采用 “视觉识别层 - 决策控制层 - 执行层” 三层架构设计，视觉识别层由高清 USB 工业相机、白色背光源与环形光源及 HALCON 20.11 软件组成，可完成图像采集（设置 1280×720 分辨率、30fps 帧率）、预处理（灰度转换、高斯滤波、对比度与亮度调整以增强木块与背景差异）、颜色识别（将 RGB 图像转换为 HSV 颜色空间，通过 threshold 算子对红、绿、黄、棕等颜色设置专属阈值分割，并结合区域面积、形状特征验证排除噪声与非木块干扰物）及位置定位（计算木块最小外接矩形获取图像坐标，经相机标定转换为机械臂可识别的世界坐标，定位误差不超过 1mm，颜色识别准确率达 99% 以上），技术文档中还给出了具体代码实现，如通过 read_image 获取图像、decompose3 与 trans_from_rgb 进行颜色空间转换、closing_circle 与 erosion_circle 等形态学操作去除噪声和分离紧靠物体、select_shape 筛选目标区域等；决策控制层以上位机（工业计算机）为核心，运行自定义 Python 程序，负责接收视觉识别结果并生成机械臂运动指令，实现流程调度与逻辑控制；执行层为搭载真空吸盘式末端执行器的六轴协作机械臂，可避免抓取时对木块造成物理损伤，其硬件连接需将电源适配器与 USB 线分别连接电源和电脑，选择合适末端执行器（如真空气泵套件），开关机需遵循特定流程（开机确保大小臂在 45° 左右、灯变绿为正常，关机灯绿时按电源键，异常时点 Reset 复位），软件连接通过 Dobot Studio 完成，包括连接设备、归零操作（自定义 Home 点）、参数设置（关节速度、加速度等），调试可借助示教 & 再现功能记录抓取、搬运、释放、回归初始位置的运动点，选择 MOVJ 运动模式与吸盘执行器实现物体搬运，机械臂运动规划采用五次多项式插值算法保证运动平滑、减少振动，增加力控反馈避免堆叠力度过大导致木块倾倒，Python 代码中通过 socket 接收视觉模块的坐标数据（支持 1-6 组坐标），设置 stack_z_base、stack_step 控制堆叠高度，通过 dobot_move 函数实现从抓取点安全高度下降抓取、上升、移动到放置点安全高度、下降放置、释放后上升的完整动作，运动位置误差不超过 2mm；系统集成需依次启动工业相机与机械臂、运行 HALCON 视觉程序、决策层生成指令、机械臂执行动作并反馈状态，形成循环运行流程，单次处理周期不超过 10 秒，同时系统具备优化与故障处理机制，视觉识别通过动态调整 HSV 阈值适配不同光照、增加形状识别辅助提升准确性，机械臂通过轨迹规划与力控反馈优化运动，故障处理方面，视觉连续识别失败时自动重新采集图像或调整光照并报警，机械臂运动超时或无反馈时自动停止、重试，多次失败则紧急停止报警，整体为相关领域自动化升级提供了可靠解决方案。