在我们中国,馒头、饼干、面包等面制食品在中国传统饮食中有着非常重要的地位,其中食品分拣是机器人包装工序中的关键步骤。传统的食品生产线存在前序生产力大、后续包装力小、人工分拣效率低等问题,更重要的是对食品造成了二次污染,难以满足人们日常的生活需求。因此,为进一步提高馒头生产线的分拣力度结合机器视觉和分拣机器人等技术,不仅显著提高了馒头的分拣效率,还避免了对食品的二次污染。本课题是企业合作项目,主要配合郑州多福多馒头生产线实际生产工况需求,实现分拣机器人稳定、安全、快速的完成对生产线上馒头的分拣工作。因此,本课题以自主设计的分拣机器人为研究对象,主要从可达工作空间、末端轨迹规划、机器视觉关键技术和控制系统等方面进行研究。首先:根据分拣机器人的结构特征,完成对机构运动学、雅可比矩阵分析、奇异位形分析和工作空间分析,根据约束条件确定机器人机构的尺寸参数。利用极限边界搜索方法求解末端可达工作空间,并用MATLAB软件绘制出三维图像,保证了机器人馒头生产线分拣范围的要求。其次:由于相机成像会出现畸变,提出采用非线性张正友标定完成相机的标定,并规划了对机器人-生产线-视觉系统之间的标定过程。根据目标处理与识别完成了对图像的预处理、边缘检测和目标特征提取、定位过程,为机器人控制系统提供生产线上馒头的相关信息;根据馒头生产线实际工况,提出在拍照区域和分拣固定区域安装光电开关和挡板,避免了实际工作中目标重复跟踪、漏拣等情况的发生,实现对馒头生产线上目标的位置跟踪。再次:为保证分拣机器人操作过程的安全性、平稳性、高效性,研究适用于高速分拣操作的路径规划,提出了改进的椭圆形运动轨迹,该轨迹可以通过调整不对称参数A_f和匀速周期参数a_f改变轨迹的运动规律,并对其进行分析验证。为提高分拣效率,基于A*搜索算法搜寻最短路径得到最佳分拣排序,实验证明机器人根据A*搜索算法得到的最佳排序结合改进的椭圆形运动轨迹,保证了分拣任务需求。最后:通过对分拣任务需求分析,完成对整个分拣系统平台的搭建,确定研华工控机610+PMAC控制卡和相关硬件的选型。通过对整个控制系统的功能需求分析,利用上位机软件实现对整个系统的控制设计,并完成了PMAC运动控制、摄像机和计算机之间的通讯连接和PMAC运动控制卡与驱动系统、光电开关等硬件接口的连接。为方便人工交互控制,利用VC++完成对整个控制系统的界面设计。