一種應(yīng)用于物流行業(yè)的自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)

楊鈺 楊磊 張曉楠

摘 要：針對(duì)人工為主的物流轉(zhuǎn)運(yùn)方式分揀錯(cuò)誤率高及分揀效率低，難以滿足中國(guó)社會(huì)日益高漲的物流需求等問(wèn)題，因此本文提出一種貨物自動(dòng)分揀系統(tǒng)，可應(yīng)用于物流行業(yè)中物品的自動(dòng)分揀和分類(lèi)，相比較與傳統(tǒng)的人工分揀和分類(lèi)方式，該系統(tǒng)不僅可以顯著的提升貨物的分揀效率和分類(lèi)準(zhǔn)確率，而且節(jié)約了大量的人力成本，對(duì)于推進(jìn)物流行業(yè)朝自動(dòng)化方向的發(fā)展具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：物流服務(wù);分揀效率;自動(dòng)分揀

DOI：10.15938/j.jhust.2019.04.012

中圖分類(lèi)號(hào)： F252

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)： 1007-2683（2019）04-0071-07

Abstract：Aiming at the problems of high sorting error rate and low sorting efficiency in manual logistics transshipment mode， it is difficult to meet the increasing logistics demand of Chinese society. Therefore， this paper proposes an automatic cargo sorting system， which can be applied to the automatic sorting and sorting of goods in the logistics industry. Compared with the traditional manual sorting and sorting methods， the system can not only significantly improve the sorting efficiency and classification of goods. The accuracy rate and the saving of a large amount of labor costs have important application value for promoting the development of automation and intelligence in the logistics industry.

Keywords：logistics service; sorting efficiency; automatic sorting

0 引 言

隨著電子商務(wù)的發(fā)展，人們的消費(fèi)習(xí)慣產(chǎn)生了巨大的影響，物流服務(wù)需求也隨之逐漸增加，推動(dòng)著物流自動(dòng)化水平的不斷提高[1]。國(guó)內(nèi)物流行業(yè)貨物的傳統(tǒng)分揀方式都是采用人工逐一對(duì)物流產(chǎn)品進(jìn)行手動(dòng)分揀的方式，通過(guò)人工分揀、搬運(yùn)貨物完成物流貨物的分類(lèi)和運(yùn)輸，這種分揀方式效率低下，且可靠性不高，無(wú)法滿足現(xiàn)在日益增長(zhǎng)的物流量的需求[2]。

據(jù)統(tǒng)計(jì)近幾年中國(guó)每年的快遞運(yùn)送數(shù)量就超過(guò)了一百億件，這還不包括其他種類(lèi)的物流運(yùn)輸，并且快遞行業(yè)的運(yùn)輸量呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)[3]。在如此大量的物流運(yùn)輸量面前，傳統(tǒng)的人工分揀的方式顯得的越來(lái)越力不從心，況且在人工分揀的過(guò)程中，分揀人員要對(duì)每個(gè)物流快件進(jìn)行信息核對(duì)和記錄，按照物流快件的種類(lèi)、目的地和收件人信息等進(jìn)行逐一核對(duì)和分類(lèi)，如此大量的工作量，很難保證每個(gè)物流快件能正確的進(jìn)行分揀和運(yùn)輸。因此，物流運(yùn)輸行業(yè)對(duì)物品的分揀速度和準(zhǔn)確性的要求顯得越來(lái)越重要[4]。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的逐步激烈使得物流行業(yè)迫切提高分揀效率，隨之自動(dòng)分揀系統(tǒng)代替了人工分揀方式，在物流分揀作業(yè)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛[5]。目前自動(dòng)分揀系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)線等領(lǐng)域上承擔(dān)著重要的角色，基于機(jī)器視覺(jué)的自動(dòng)分揀系統(tǒng)在多個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域、分揀貨物等方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于物流的分揀和配送，自動(dòng)化的分揀系統(tǒng)具有較高的分揀準(zhǔn)確率和效率[6]。

文[7-8]中提出的自動(dòng)分揀系統(tǒng)是基于PLC 控制的以檢查運(yùn)輸傳送帶上是否有物品，依據(jù)物品的材料屬性、顏色等對(duì)物體進(jìn)行簡(jiǎn)單的分類(lèi)和分揀，然后使用機(jī)械手對(duì)物品進(jìn)行搬運(yùn)，該系統(tǒng)只是對(duì)物品進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分類(lèi)，在一定程度上提高了物品的分揀速度，但是在物體分揀精度方面意義不明顯。文[9-10]通過(guò)增加重量傳感器等對(duì)待分揀的物品按照重量進(jìn)行分揀，這種方式適用于待分揀物品重量有明顯差異的情況，不能適合于大規(guī)模的物流分揀系統(tǒng)。文[11-12]雖然也考慮到了待分揀物品具有差異性，而使用重量和光纖等多種傳感器以提高分揀精度的問(wèn)題，但是所采用的都是傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，所涉及的自動(dòng)分揀系統(tǒng)相對(duì)比較復(fù)雜。

本文針對(duì)物流行業(yè)中，物流物品的數(shù)量龐大，需要對(duì)每個(gè)物流快件進(jìn)行信息核對(duì)容易出錯(cuò)以及分揀效率低下的問(wèn)題，設(shè)計(jì)出一種應(yīng)用于物流行業(yè)的自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)視覺(jué)傳感器對(duì)物流快件進(jìn)行圖形捕獲，通過(guò)圖像識(shí)別方法獲取貨物的特征信息以及對(duì)物流信息單進(jìn)行圖像檢測(cè)和識(shí)別，采用文字識(shí)別的方式對(duì)快遞單上的信息進(jìn)行識(shí)別和統(tǒng)計(jì)，按照物流快件的郵寄地址將該物品進(jìn)行地址分類(lèi)，該系統(tǒng)在可以有效的提高物流快件的分揀和分類(lèi)效率，節(jié)省大量人力成本。

1 系統(tǒng)介紹

1.1 系統(tǒng)組成

自動(dòng)分揀系統(tǒng)主要以分揀大量的物流貨物為

主，系統(tǒng)主要由四個(gè)主要單元組成：物流輸送單元、控制單元、分類(lèi)單元、分揀單元，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將這四個(gè)主要部分聯(lián)系起來(lái)，在加上相應(yīng)的人工操作就形成了一個(gè)完整的自動(dòng)分揀系統(tǒng)。對(duì)于物流行業(yè)分揀和配送，自動(dòng)化分揀系統(tǒng)大大提高了物流行業(yè)的分揀效率，通過(guò)將機(jī)器視覺(jué)技術(shù)與自動(dòng)分揀技術(shù)相互結(jié)合，可以進(jìn)一步提高物流分揀的效率和準(zhǔn)確率。自動(dòng)分揀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下所示。

控制單元作為整個(gè)分揀系統(tǒng)的核心部分，其作用是識(shí)別、接收和處理分揀信號(hào)，依據(jù)傳感器的檢測(cè)信息將貨物按照重量、顏色或者大小等信息進(jìn)行分類(lèi)，然后根據(jù)分揀信息判斷貨物應(yīng)該被送入到哪個(gè)分揀通道，完成對(duì)應(yīng)的分揀任務(wù)。輸送單元的任務(wù)是對(duì)貨物進(jìn)行運(yùn)輸，通過(guò)傳輸系統(tǒng)將獲取運(yùn)輸?shù)酱謷恢?，分揀完成后再將貨物按照?duì)應(yīng)的分揀類(lèi)型運(yùn)輸?shù)较鄳?yīng)的運(yùn)輸通道。分類(lèi)單位的作用是按照預(yù)先設(shè)定好的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)待分揀的貨物進(jìn)行和分類(lèi)。分揀單元主要由分揀解析手和相應(yīng)的傳輸系統(tǒng)組成，復(fù)雜貨物的具體分揀執(zhí)行。

1.2 分揀系統(tǒng)工作原理

傳統(tǒng)的物流作業(yè)中，自動(dòng)分揀系統(tǒng)的主要任務(wù)可以分為兩個(gè)主要部分：在貨物入庫(kù)之前，需要按照相應(yīng)的分類(lèi)和分揀標(biāo)準(zhǔn)對(duì)貨物進(jìn)行分揀和運(yùn)輸，使得具有相同屬性的貨物放同一存儲(chǔ)區(qū)域;接到訂單以后，按照訂單需求，將貨物準(zhǔn)確的分揀出來(lái)，并輸送至指定分揀道口，等待下一步操作。

分揀系統(tǒng)的原理圖如上圖2所示：控制器PLC 作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，其作用是對(duì)視覺(jué)傳感器采集的圖像信息進(jìn)行處理，以獲得待分揀貨物的相應(yīng)特征和位置信息，然后按照對(duì)應(yīng)的分揀標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送控制命令到分揀機(jī)構(gòu)，通過(guò)分揀機(jī)構(gòu)中電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，使得機(jī)械手對(duì)貨物進(jìn)行抓取和放置，實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物的分揀功能。

整體分揀系統(tǒng)的操作流程為：首先通過(guò)視覺(jué)傳感器（工業(yè)級(jí)相機(jī)）對(duì)待分揀的貨物進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)圖像采集過(guò)程獲得貨物的顏色、尺寸、種類(lèi)等信息，再將這些信息傳輸?shù)綀D像采集卡，經(jīng)模擬信息轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)字信息，再將這些數(shù)字信息上傳至控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，控制器按照分類(lèi)分揀的標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)送相應(yīng)的控制命令到分揀機(jī)械手，控制機(jī)械手的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)多貨物的分揀和分類(lèi)。

1.3 系統(tǒng)控制流程

在進(jìn)行人工分揀貨物時(shí)，首先通過(guò)人的眼睛看到物品的顏色、大小和位置等信息，然后將這些信息傳輸?shù)酱竽X進(jìn)行分析，依據(jù)分類(lèi)準(zhǔn)側(cè)在控制我們的手將貨物進(jìn)行搬運(yùn)，以實(shí)現(xiàn)貨物的分類(lèi)和分揀[13]。由于人的體力和精力有限，以人工為主的分類(lèi)分揀方式不適合于大量的物流操作。受到人類(lèi)分揀方式的啟發(fā)，使用機(jī)器來(lái)代替人力可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大量物流貨物的分揀任務(wù)[14]。

分揀系統(tǒng)的主要工作流程是：首先，利用工業(yè)CCD相機(jī)與圖像采集卡采集被分揀貨物的圖像信息，將采集的圖像信息上傳至上位機(jī)，上位機(jī)對(duì)該信息進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，然后將處理后的圖像信息發(fā)送至控制器;其次，通過(guò)控制器對(duì)采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，獲得待測(cè)目標(biāo)的幾何形狀、顏色、實(shí)時(shí)位置等信息;最后，控制器發(fā)送控制指令到運(yùn)動(dòng)控制器，通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器對(duì)分揀平臺(tái)的機(jī)械臂進(jìn)行控制，完成對(duì)抓取目標(biāo)的分揀工作。

2 物流信息提取

采用基于視覺(jué)傳感器對(duì)物流貨物的相關(guān)特征信息進(jìn)行識(shí)別以進(jìn)行物流快件快速分類(lèi)的方法，首先需要對(duì)物品的相關(guān)特征，顏色、大小等信息以及貨物表面的信息單中的物品信息進(jìn)行快速的識(shí)別[15]。本文采用視覺(jué)傳感器對(duì)貨物進(jìn)行圖像捕獲或者掃描的方式，在物流的傳輸帶上端安裝視覺(jué)傳感器用以捕獲物流快件的圖像信息，然后進(jìn)行圖像處理，提取貨物的特征信息，并對(duì)圖像中包含的文字信息進(jìn)行識(shí)別，提取出其中的物流快件的發(fā)送目的地和物體種類(lèi)等信息，依據(jù)快件的發(fā)送目的地和其他特征信息對(duì)快件進(jìn)行分類(lèi)分揀。

2.1 特征提取與識(shí)別

貨物的圖像中多包涵了大量的有用信息，從圖像中提取有用的特征進(jìn)行分析識(shí)別是圖像處理的基本問(wèn)題。圖像識(shí)別采用的主要步驟：圖像預(yù)處理、區(qū)域分割、特征提取、特征識(shí)別[16]。而要實(shí)現(xiàn)分揀需對(duì)貨物進(jìn)行特征提取和識(shí)別，對(duì)采集圖像進(jìn)行預(yù)處理，選取目標(biāo)區(qū)域，在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行特征提取和識(shí)別，用以確定目標(biāo)貨物的顏色和大小以及坐標(biāo)等信息。

2.1.1 圖像采集處理

圖像的采集是視覺(jué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖像分析的首要工作，采集較高質(zhì)量的圖片將會(huì)使圖像更容易被處理，這一步對(duì)于圖像的預(yù)處理、目標(biāo)物的識(shí)別、定位的結(jié)果會(huì)產(chǎn)生較大影響[17]。圖像預(yù)處理的主要作用是消除圖像中無(wú)用的信息，提取有用的真實(shí)信息，增強(qiáng)有關(guān)信息的可檢測(cè)性，最大程度地簡(jiǎn)化圖像數(shù)據(jù)，方便進(jìn)行下一步的圖像信息提取。

工業(yè)相機(jī)采集到的圖像信息容易受光照等環(huán)境的影響，在圖像中有影響識(shí)別定位目標(biāo)物的因素，此時(shí)不能直接通過(guò)識(shí)別算法，進(jìn)行目標(biāo)物的識(shí)別定位，必須先對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，通過(guò)相應(yīng)的預(yù)處理算法，將圖像中的雜波因子消除，獲得更加清晰的圖像。

在圖像的采集及傳輸過(guò)程中，每幅圖像都會(huì)受到外界與自身的干擾包含某種程度的噪聲。在大多數(shù)情況下，圖像中的噪聲必須通過(guò)圖像平滑處理進(jìn)行抑制。為了提高圖像采集效果，應(yīng)當(dāng)采用合適的濾波處理方法將干擾因素消除。

中值濾波器能夠有效的減少圖像中目標(biāo)物體邊緣模糊程度，使用目標(biāo)區(qū)域中亮度的均值代替目標(biāo)圖形區(qū)域當(dāng)前點(diǎn)的亮度數(shù)值。該點(diǎn)周邊區(qū)域的亮度不會(huì)受到少量噪聲的干擾，故可以采用這種方法除去被檢測(cè)圖像中的干擾噪聲。

對(duì)圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)是在進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別之前必須要完成的步驟，首先，提取出特征點(diǎn)，這樣可以有效的減少特征匹配的計(jì)算量，提高圖像處理的效率[18]。圖像的邊緣檢測(cè)算法有多種，其中Sobel算子是進(jìn)行邊緣檢測(cè)常用到的算法，采用類(lèi)似于求取局部平均值的運(yùn)算方式可以對(duì)噪聲進(jìn)行平滑處理，以消除噪聲對(duì)圖形進(jìn)行特征提取的干擾，Sobel算子由橫向模板和縱向模板組成，這兩個(gè)模板可以分別用一個(gè)三階矩陣表示，可以在橫向和縱向方向分別與圖像進(jìn)行平面卷積運(yùn)算，求出圖像分別在這兩個(gè)方向的亮度差值，實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物進(jìn)行邊緣檢測(cè)。

2.1.2 目標(biāo)識(shí)別

在物流行業(yè)中，被分揀貨物的周?chē)煊衅渌粶y(cè)物體，需要確定目標(biāo)物體的輪廓，得到目標(biāo)物體中心位置坐標(biāo)[19]。己知目標(biāo)物體的形狀，目標(biāo)物體輪廓的大小和外形都有一定的先驗(yàn)信息，因此先對(duì)目標(biāo)物體的先關(guān)特征參數(shù)信息進(jìn)行初始值設(shè)定，然后將測(cè)物體提取出的邊緣信息與設(shè)定值進(jìn)行比較，具有相似邊緣信息和特征的物體就是目標(biāo)物體。提取目標(biāo)物體的邊緣信息，輸出目標(biāo)物體的邊界、中心點(diǎn)信息。將目標(biāo)物體的中心點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為機(jī)器手坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，確定目標(biāo)貨物的抓取位置，控制器控制機(jī)械手末端到達(dá)目標(biāo)抓取位置，對(duì)貨物進(jìn)行抓取。

2.2 文字識(shí)別

文字識(shí)別就是通過(guò)視覺(jué)設(shè)備識(shí)別出圖形中所包含的文字信息[20]。文字圖像的辨識(shí)原理如圖4所示。其各部分功能如下：

1）光電轉(zhuǎn)換檢測(cè)部分的功能是將圖像中的文本內(nèi)容進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換過(guò)程，將圖像中所包含的文字信息的模擬量通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變成能夠傳輸?shù)臄?shù)字信息，以方便計(jì)算機(jī)對(duì)該信息進(jìn)行處理;

2）文本分割是通過(guò)對(duì)圖像中的文本區(qū)域進(jìn)行定位，將文本區(qū)域進(jìn)行分割，從而識(shí)別出圖像中的文字區(qū)域，刪除沒(méi)有文字信息的圖像區(qū)域，減小圖像的檢測(cè)范圍，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性;

3）識(shí)別處理部分是對(duì)分離的文本圖像信息進(jìn)行識(shí)別，提取出文本對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，去除文字信息中的干擾部分，然后對(duì)文本圖像信息進(jìn)行增強(qiáng);

4）特征提取部分是將識(shí)別出的文字信號(hào)的又用信息進(jìn)行提取和識(shí)別，為后續(xù)的文字識(shí)別提供模版數(shù)據(jù)。

通過(guò)文字識(shí)別方法可將貨物表面運(yùn)單中的文字信息進(jìn)行識(shí)別和提取，并將識(shí)別的文字信息上傳至控制器進(jìn)行保存，控制器對(duì)文字信息中的物體名稱、種類(lèi)和運(yùn)送目的地等信息進(jìn)行記錄和分類(lèi)，按照認(rèn)為預(yù)先設(shè)定好的分類(lèi)和分揀標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)送控制指令到分揀執(zhí)行機(jī)構(gòu)，將待分揀貨物抓取后送入相對(duì)應(yīng)的傳輸通道，以實(shí)現(xiàn)貨物的分類(lèi)分揀功能。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該自動(dòng)分揀系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)貨物的自動(dòng)分類(lèi)和分揀功能，在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)的記錄貨物的特征和相關(guān)運(yùn)單信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分揀和記錄功能。

3.1 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備主要是由控制器PLC、變頻器和上位機(jī)以及相應(yīng)的機(jī)械手組成，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖5所示：

控制器PLC與變頻器和上位機(jī)之間有著密切的聯(lián)系，控制器作為整體系統(tǒng)的控制核心，對(duì)整體自動(dòng)分揀系統(tǒng)進(jìn)行控制，變頻器則主要是對(duì)運(yùn)輸傳送帶的速度進(jìn)行調(diào)控，上位機(jī)則是實(shí)現(xiàn)人與整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的人機(jī)交互，通過(guò)上位機(jī)，可以人為的對(duì)傳送帶的速度、分揀和分類(lèi)的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)以及機(jī)械手的運(yùn)行速度等進(jìn)行人為的設(shè)定。同時(shí)上位機(jī)也可以實(shí)時(shí)的監(jiān)控整體自動(dòng)分揀系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

3.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

自動(dòng)分揀系統(tǒng)整體流程相對(duì)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)上電初始化后，首先是貨物通過(guò)傳輸系統(tǒng)將貨物運(yùn)動(dòng)到視覺(jué)傳感器的檢測(cè)位置，通過(guò)圖像識(shí)別的方法對(duì)貨物的特征信息和運(yùn)單信息進(jìn)行提取和識(shí)別，并將相關(guān)信息進(jìn)行存儲(chǔ)，當(dāng)貨物運(yùn)輸至機(jī)械手所在的位置，控制器通過(guò)對(duì)視覺(jué)傳感器所采集的圖像信息進(jìn)行處理，發(fā)送控制指令到運(yùn)行控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制，控制機(jī)械手對(duì)貨物進(jìn)行抓取和運(yùn)轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物的分類(lèi)和分揀。當(dāng)視覺(jué)傳感器沒(méi)有檢測(cè)到貨物信息時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提示出報(bào)警信息，當(dāng)機(jī)械手將貨物放置到錯(cuò)誤的運(yùn)輸通道時(shí)，系統(tǒng)會(huì)重新對(duì)該貨物進(jìn)行分揀。整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)分揀系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程如下圖6所示。

控制系統(tǒng)的程序主要包括以下三部分：

1）貨物信息檢測(cè)。當(dāng)整個(gè)自動(dòng)分揀系統(tǒng)上電運(yùn)行后，首先是視覺(jué)傳感器對(duì)運(yùn)輸帶上的待分揀物體進(jìn)行圖像捕獲，采用圖像識(shí)別方法檢測(cè)和提取貨物的特征和對(duì)應(yīng)的運(yùn)單文字信息，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到以上特征信息后，會(huì)自動(dòng)的將這些特征信息保存在存儲(chǔ)器中，有利于貨物的下一步處理，貨物會(huì)繼續(xù)被傳送至機(jī)械手的位置，等待機(jī)械手的抓取。

2）機(jī)械手搬運(yùn)。待分揀的貨物通過(guò)信息檢測(cè)環(huán)節(jié)，控制器針對(duì)檢測(cè)的貨物特征等信息選擇相對(duì)應(yīng)的分類(lèi)分揀準(zhǔn)側(cè)，發(fā)送控制指令到機(jī)械手，當(dāng)貨物通過(guò)傳輸帶運(yùn)輸?shù)綑C(jī)械手的抓取范圍里，分揀機(jī)械手從傳送帶上提取待分揀的物件，將貨物根據(jù)要求分類(lèi)，當(dāng)檢測(cè)到貨物信息有誤的工件時(shí)，分揀機(jī)械手自動(dòng)將其返回到傳送帶重新進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)再次檢測(cè)的信息有誤則會(huì)發(fā)出報(bào)警信息，使用人工進(jìn)行分揀。

3）貨物入庫(kù)控制。貨物進(jìn)行分類(lèi)完畢之后，經(jīng)傳感器檢測(cè)到貨物，進(jìn)行分裝入庫(kù)。入庫(kù)時(shí)應(yīng)注意：應(yīng)該將貨物放入到空的貨架位置，如果該層貨架沒(méi)有閑置空間，則將等待貨架上出現(xiàn)空余位置后，機(jī)械手再將貨物放入到與貨物的分類(lèi)屬性相對(duì)應(yīng)的指定的位置，以保證貨物的分類(lèi)和分揀的正確性。

4 系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行

4.1 系統(tǒng)監(jiān)控界面

自動(dòng)分揀系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控界面是操作人員與整個(gè)自動(dòng)分揀系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的平臺(tái)，操作人員通過(guò)觀察監(jiān)控界面上顯示的相關(guān)數(shù)據(jù)信息和運(yùn)行狀態(tài)的變化，可以及時(shí)的了解整個(gè)自動(dòng)分揀系統(tǒng)的運(yùn)行情況。自動(dòng)分揀系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控界面如下圖7所示。

自動(dòng)分揀系統(tǒng)的監(jiān)控界面的功能是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的可視化監(jiān)控，通過(guò)人為的部分參與或者不參與的方式控制整個(gè)自動(dòng)分揀系統(tǒng)的運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)的硬件設(shè)施準(zhǔn)備就緒后，系統(tǒng)上電處于初始狀態(tài)，點(diǎn)擊上位機(jī)監(jiān)控界面中的“開(kāi)始”按鈕，則分揀系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)按照預(yù)先設(shè)定好的程序運(yùn)行，以此實(shí)現(xiàn)物流貨物的運(yùn)輸、圖像采集、信息處理和存儲(chǔ)、分揀分類(lèi)以及入庫(kù)的功能。

監(jiān)控界面中上方的一級(jí)分揀狀態(tài)，顯示的是整個(gè)分揀系統(tǒng)中總共有7個(gè)分揀通道，每個(gè)分揀通道當(dāng)前的分揀狀態(tài)，當(dāng)前該分揀通道是否正在運(yùn)行的信息。監(jiān)控界面左下方的二級(jí)分揀狀態(tài)顯示的是貨物的特征信息，其中的種類(lèi)表示的是預(yù)先設(shè)定的要提取的貨物的特征信息，通過(guò)數(shù)量和狀態(tài)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)具有相同特征信息的貨物進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)、并顯示目前該種貨物處于哪種運(yùn)輸狀態(tài)。監(jiān)控界面右下方部分則顯示的是整體監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)情況，運(yùn)輸、分揀、掃描和入庫(kù)的每個(gè)環(huán)節(jié)是否能正常運(yùn)行，可以通過(guò)其后的圖標(biāo)進(jìn)行顯示，當(dāng)圖標(biāo)顯示為亮綠色，則表示對(duì)應(yīng)的環(huán)節(jié)正常運(yùn)行，當(dāng)圖標(biāo)顯示為紅色時(shí)，則表示該環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，需要及時(shí)修復(fù)。當(dāng)整個(gè)分揀任務(wù)完成后，或者發(fā)生緊急故障時(shí)，點(diǎn)擊“停止”按鈕，可使得整個(gè)分揀系統(tǒng)處于斷電狀態(tài)，或者發(fā)生緊急情況時(shí)，保障設(shè)備和人身安全。

4.2 準(zhǔn)確率測(cè)試

由于使用視覺(jué)傳感器對(duì)貨物的特征信息進(jìn)行采集，使用圖像處理方法得到相應(yīng)的特征信息，實(shí)驗(yàn)中對(duì)物流貨物中經(jīng)常使用的四個(gè)特征信息的識(shí)別準(zhǔn)確率進(jìn)行測(cè)試。

由圖8可知，隨著分揀貨物數(shù)量的逐漸增加，貨物特征信息的識(shí)別準(zhǔn)確率呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)。由于貨物的名稱、顏色、種類(lèi)和運(yùn)送地址是一般物流行業(yè)中常用的檢測(cè)數(shù)據(jù)，因此對(duì)上述四種貨物特征信息進(jìn)行識(shí)別準(zhǔn)確率測(cè)試。從圖中可以看出，識(shí)別準(zhǔn)確率最高的是貨物的顏色信息，然后是物體的種類(lèi)、名稱。識(shí)別率最低的運(yùn)輸?shù)刂?，這是由于一般的運(yùn)輸?shù)刂分邪鄠€(gè)文字信息，所以在進(jìn)行文字識(shí)別的過(guò)程中，出現(xiàn)誤識(shí)別的情況相對(duì)比較高。

4.3 分揀效率測(cè)試

自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)的整個(gè)分揀過(guò)程主要是通過(guò)機(jī)械設(shè)備來(lái)完成，人工只是對(duì)相應(yīng)的程序參數(shù)進(jìn)行預(yù)先設(shè)定或者處理緊急突發(fā)情況。下圖9所示為在相同的時(shí)間里，進(jìn)行人工分揀和使用自動(dòng)分揀系統(tǒng)進(jìn)行物流貨物分揀的效率對(duì)比圖。

由圖9 可以看出，在相同的工作時(shí)間里，使用自動(dòng)分揀系統(tǒng)進(jìn)行物流貨物的分揀的效率要遠(yuǎn)超過(guò)人工的分揀效率。由于人的體力會(huì)隨著工作時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸消耗，工作效率會(huì)隨之降低，但是使用自動(dòng)分揀系統(tǒng)進(jìn)行貨物的分揀和分類(lèi)，在沒(méi)有出現(xiàn)設(shè)備故障的情況下，自動(dòng)分揀系統(tǒng)的分揀效率是不會(huì)有太大的變化。

從物流貨物的分揀效率和貨物特征信息識(shí)別的準(zhǔn)確率兩個(gè)方面綜合進(jìn)行比較，自動(dòng)分揀系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率要遠(yuǎn)超于人工分揀的方式。

5 結(jié) 論

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為物流行業(yè)的快速發(fā)展提供了新的機(jī)遇，針對(duì)傳統(tǒng)物流行業(yè)采用人工進(jìn)行貨物分揀方式的不足之處，文中提出了一種自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)，采用與機(jī)器視覺(jué)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物的快速分揀，在分揀的效率和準(zhǔn)確率方面都會(huì)有明顯的提升。在此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，運(yùn)用了現(xiàn)代工業(yè)控制技術(shù)、智能視覺(jué)識(shí)別技術(shù)和自動(dòng)化手段，減少操作人員數(shù)量，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，可以有效提高物流行業(yè)的分揀效率。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] 宋召衛(wèi).我國(guó)自動(dòng)分揀技術(shù)及其應(yīng)用[J].中國(guó)物流與采購(gòu)，2013 （6）：46.

[2] 夏齊煒，張凱彥，馬新玲.快遞包裹分揀裝置的設(shè)計(jì)研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2016，38（6）：148.

[3] 許勝余.自動(dòng)分揀系統(tǒng)及其運(yùn)用[J].物流技術(shù)與運(yùn)用，2016，（3）：33.

[4] 張俊，徐淑英.快遞自動(dòng)分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化應(yīng)用2015，11（21）：88.

[5] 曾祥蘋(píng). PLC和傳感器技術(shù)在包裹自動(dòng)分揀系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 機(jī)械工程與自動(dòng)化， 2018（2）：185.

[6] 劉繼超. 自動(dòng)分揀系統(tǒng)及應(yīng)用[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用， 2018， （4）：230.

[7] 陳海龍.基于PLC的物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2017（10）：94.

[8] 戴俊.基于PLC控制物料自動(dòng)檢測(cè)與分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].大連：大連理工大學(xué)，2015.

[9] 廖敬恩.自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2011.

[10]蔣書(shū)賢.基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人分揀系統(tǒng)研究[D].西南交通大學(xué)，2015.

[11]李金義，楊成，王京，等.基于視覺(jué)定位的機(jī)器人搬運(yùn)系統(tǒng)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2011，33 （4）：40.

[12]張朝陽(yáng).基于視覺(jué)的機(jī)器人廢金屬分揀系統(tǒng)研究[D].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015.

[13]王詩(shī)宇， 林滸， 孫一蘭，等. 基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)器人分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)， 2017（3）：125.

[14]管經(jīng)緯.基于機(jī)器視覺(jué)的工件自動(dòng)分揀系統(tǒng)研究[D].上海：東華大學(xué)，2015.

[15]肖仁， 吳定會(huì)， 歐陽(yáng)洪才. 基于機(jī)器視覺(jué)的自動(dòng)分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究綜述[J]. 智慧工廠， 2017（9）：43.

[16]吳源遠(yuǎn).高速分揀機(jī)械手視覺(jué)識(shí)別技術(shù)研究[D].無(wú)錫：江南大學(xué)，2009.

[17]穆向陽(yáng)，張?zhí)i.機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的設(shè)汁[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2007， 22（6）;104.

[18]劉金橋，吳金強(qiáng).機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)發(fā)展及其應(yīng)用[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2010 （1） ：215

[19]戴津.自然場(chǎng)景中文本檢測(cè)技術(shù)研究綜述[J].計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與應(yīng)用，2013（18）：104

[20]張健.復(fù)雜圖像文本提取關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用研究[D].天津：南開(kāi)大學(xué)，2014.

（編輯：王 萍）