基于視覺技術(shù)的智能快遞分揀機(jī)器人的設(shè)計(jì)

吳金文 陳玉龍 郭復(fù)澳

【摘?要】分揀是快遞企業(yè)分揀中心最繁鎖、工作量最大的環(huán)節(jié)。在物流高速發(fā)展的今天，分揀機(jī)器人也隨著時(shí)代的潮流應(yīng)運(yùn)而生。分揀機(jī)器人基于視覺技術(shù)自動(dòng)掃描、讀取識別訂單信息，完成包裹稱重及信息記錄，識別成功后依據(jù)調(diào)度系統(tǒng)的指揮，以最優(yōu)路徑將包裹送至規(guī)定的投放口，完成自動(dòng)分揀。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)分揀;視覺技術(shù);傳感器;

Abstract：Sorting is the most complex and workload of the sorting center of express delivery enterprises.With the rapid development of logistics today，sorting robots have emerged with the trend of The Times.The sorting robot can automatically scan and read and recognize the order information based on the visual technology，complete the weighing and information recording of the package，and deliver the package to the specified delivery port by the optimal path according to the command of the scheduling system after successful identification，and complete the automatic sorting.

Key words：Automatic sorting;Vision technology;Sensor

引言

機(jī)器視覺技術(shù)是指用攝像機(jī)模擬人眼的視覺功能，并以此來對客觀的事物進(jìn)行測量和判斷?，F(xiàn)如今，機(jī)器視覺技術(shù)在物流業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，對提高工作效率，實(shí)現(xiàn)分揀智能化起到了至關(guān)重要的作用。

快遞分揀是物流業(yè)中的一個(gè)重要的組成部分，在傳統(tǒng)的物流線上，采用的是人工分揀的方法，但這種工作的重復(fù)性高，且勞動(dòng)強(qiáng)度大，工人在長時(shí)間工作后，易出現(xiàn)錯(cuò)分現(xiàn)象。隨著物流業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，開始逐漸采用智能機(jī)器人來代替工人進(jìn)行分揀。本文將機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用到機(jī)器人的分揀作業(yè)中，搭建基于視覺的機(jī)器人分揀實(shí)驗(yàn)平臺。經(jīng)測試，該平臺能夠?qū)[放在相機(jī)視野范圍內(nèi)任意位置的工件進(jìn)行分揀，為分揀自動(dòng)化提供了一套切實(shí)可行的方案。

1.總體電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文中設(shè)計(jì)的分揀裝置主要是由STM32F4 模塊、二維碼掃描模塊、紅外尋跡模塊、直流電機(jī)模塊等組成。其中最重要的是STM32F4 模塊，STM32F407ZGT6核心板是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，核心板通過OV2640攝像頭采集二維碼圖像信息，通過圖像識別算法得出坐標(biāo)信息，然后將坐標(biāo)信息顯示于液晶上面，再驅(qū)動(dòng)小車從原點(diǎn)坐標(biāo)出發(fā)。直流電機(jī)模塊主要由TB6612電機(jī)、ULN2003步進(jìn)電機(jī)以及載重盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成，它支撐著整個(gè)系統(tǒng)的電源驅(qū)動(dòng)，為分揀小車提供動(dòng)力。

2.硬件設(shè)計(jì)

2.1 STM32F4 模塊

STM32F4 模塊：使用STM32F407ZGT6芯片作為整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，對各外部模塊輸入的信號做處理后發(fā)送給相應(yīng)的模塊做出響應(yīng);

2.2二維碼掃描

二維碼掃描：通過ov2640掃描二維碼獲取坐標(biāo)，讀取貼在快件的二維碼坐標(biāo)信息后發(fā)送給STM32F407ZGT6芯片處理;

2.3紅外尋跡模塊

紅外尋跡模塊：通過TCRT5000紅外反射光電開關(guān)傳感器使得載物小車沿著限定的路線尋走，計(jì)橫向/縱向坐標(biāo)，走到投放點(diǎn)把貨物卸下;

2.4直流電機(jī)模塊

直流電機(jī)模塊：控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，使得載物小車向前行駛或者實(shí)現(xiàn)拐彎;載重盤模塊：其主要功能就是放置需要運(yùn)送的快件，實(shí)現(xiàn)快件的傾倒。

3.軟件系統(tǒng)總體流程設(shè)計(jì)

3.1分揀系統(tǒng)的I/O地址分布

4.總結(jié)

系統(tǒng)工作說明：

核心板通過OV2640攝像頭采集二維碼圖像信息，通過圖像識別算法得出坐標(biāo)信息如x1y2.然后將坐標(biāo)信息顯示于液晶上面，再驅(qū)動(dòng)小車從原點(diǎn)坐標(biāo)出發(fā)，當(dāng)小車的四個(gè)紅外開關(guān)全部檢測到黑線時(shí)，紅外開關(guān)全部輸出為高電平，此時(shí)小車認(rèn)為經(jīng)過一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)。小車從原點(diǎn)開始先走x坐標(biāo)。到達(dá)x坐標(biāo)后進(jìn)行左轉(zhuǎn)進(jìn)入y坐標(biāo)，然后到達(dá)y坐標(biāo)后驅(qū)動(dòng)卸貨電機(jī)進(jìn)行卸貨。卸貨完成后小車先左轉(zhuǎn)，然后走回x坐標(biāo)的原點(diǎn)，之后再左轉(zhuǎn)進(jìn)入y坐標(biāo)，直至走到y(tǒng)坐標(biāo)原點(diǎn)結(jié)束分揀，掃描二維碼后按此依次循環(huán)進(jìn)行。

尋跡原理：檢測 Left1?Left2?Right2 Right1 輸出均為低電平即紅外檢測開關(guān)全部未掃描到黑線時(shí)小車前進(jìn)，當(dāng)Left2檢測到黑線時(shí)，說明小車右偏于中心黑線，此時(shí)驅(qū)動(dòng)小車左轉(zhuǎn)。當(dāng)Right2檢測到黑線時(shí)，說明小車左偏于中心黑線，此時(shí)驅(qū)動(dòng)小車右轉(zhuǎn)，這樣小車就會(huì)恢復(fù)與中心黑線平行的方向，從而循著中心線前進(jìn)。

到達(dá)坐標(biāo)點(diǎn)檢測原理：當(dāng)小車的四個(gè)紅外開關(guān)全部檢測到黑線時(shí)，紅外開關(guān)全部輸出為高電平，此時(shí)小車認(rèn)為經(jīng)過一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)。

到達(dá)指定坐標(biāo)：小車先走X坐標(biāo)，左轉(zhuǎn)進(jìn)入Y坐標(biāo)，再走Y坐標(biāo)。

返回坐標(biāo)原點(diǎn)：卸貨后左轉(zhuǎn)進(jìn)入X坐標(biāo)，走完X坐標(biāo)，再左轉(zhuǎn)進(jìn)入Y坐標(biāo)，直至到達(dá)原點(diǎn)。

小車左轉(zhuǎn)：控制左面電機(jī)不動(dòng)，右電機(jī)前進(jìn)。

小車右轉(zhuǎn)：控制右面電機(jī)不動(dòng)，左電機(jī)前進(jìn)。

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作者簡介：

吳金文（1984-），男，漢族，江蘇南京，教師，講師，碩士，研究方向機(jī)電一體化;

陳玉龍（1998—），男，漢族，江蘇淮安，學(xué)生，學(xué)士，研究方向?yàn)樽詣?dòng)化;

郭復(fù)澳（1999—），男，漢族，江蘇徐州，學(xué)生，學(xué)士，研究方向?yàn)樽詣?dòng)化。

基金項(xiàng)目：

南京工業(yè)大學(xué)浦江學(xué)院省級大創(chuàng)課題（課題編號：201913905004Y）。

（作者單位：南京工業(yè)大學(xué)浦江學(xué)院）