基于機(jī)器視覺的智能物流系統(tǒng)研究

孫云艷　唐旋　劉思彤　李柱浩　林鴻宇

【摘? 要】 隨著工業(yè)時(shí)代的到來(lái)，自動(dòng)化在傳統(tǒng)行業(yè)中的分量日益加大，機(jī)器人扮演著核心的角色，而視覺是機(jī)器人的眼睛。傳統(tǒng)的物流倉(cāng)儲(chǔ)智能車是在地面畫線或者在地面埋電線，這樣物流車效率極其低下且有安全隱患。本文旨在對(duì)基于機(jī)器視覺的智能物流系統(tǒng)的相關(guān)理論進(jìn)行綜述?；跈C(jī)器視覺的智能物流系統(tǒng)通過(guò)OpenMV視覺模塊導(dǎo)航，利用二維碼識(shí)別技術(shù)，結(jié)合圖像識(shí)別技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)設(shè)計(jì)出一整套機(jī)器視覺系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以以極快的速度來(lái)獲取并處理大量信息，并且通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控等方式來(lái)進(jìn)行信息收集，從而提高物流分揀效率。本系統(tǒng)以降低安全隱患為宗旨，以提高物流效率為目標(biāo)，基于機(jī)器視覺的智能物流系統(tǒng)使貨物分揀自動(dòng)化，在當(dāng)下的智能領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】機(jī)器視覺;OpenMV視覺模塊;目標(biāo)識(shí)別;貨物分揀自動(dòng)化;

一、國(guó)內(nèi)基于機(jī)器視覺智能物流系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

據(jù)中國(guó)物流技術(shù)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的企業(yè)認(rèn)識(shí)到要發(fā)展成為大型企業(yè)甚至國(guó)際化強(qiáng)企，必須依托強(qiáng)大的分揀和倉(cāng)庫(kù)管理的能力。就目前而言，我國(guó)的倉(cāng)庫(kù)管理水平至少落后日本 30 年，落后西歐發(fā)達(dá)國(guó)家 50 年。現(xiàn)在，雖然中國(guó)很多的大企業(yè)，已建立了倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)，但是在真正使用時(shí)卻達(dá)不到預(yù)期效果。所以，我國(guó)還是面臨著倉(cāng)庫(kù)管理技術(shù)不到位，管理體系不完善的問(wèn)題，而這又是制約我國(guó)各大相關(guān)企業(yè)發(fā)展的瓶頸，所以解決這一問(wèn)題已成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然。為了解決這一問(wèn)題，自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)被定義為“中國(guó)制造 2025”的關(guān)鍵組成部分?！?】這一技術(shù)的作用處于生產(chǎn)制造和客戶使用的中間環(huán)節(jié)，對(duì)于整個(gè)工業(yè)強(qiáng)國(guó)科技興國(guó)戰(zhàn)略，有著至關(guān)重要的作用。倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)化技術(shù)迅速發(fā)展，成為了自動(dòng)化板塊增長(zhǎng)最穩(wěn)定、成長(zhǎng)空間最大的領(lǐng)域。盡管對(duì)機(jī)器視覺技術(shù)的研究己經(jīng)有了幾十年的沉淀，盡管機(jī)器視覺在某些領(lǐng)域己有不小的斬獲，但到目前為止，能運(yùn)用于實(shí)際場(chǎng)景機(jī)器視覺系統(tǒng)仍在少數(shù)。雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)視覺抓取技術(shù)己有較為成熟的結(jié)果，但是它們大多高度專一化且成本不菲，這種現(xiàn)象在國(guó)內(nèi)尤其明顯。例如工件的定位、識(shí)別算法，視覺控制算法與實(shí)際場(chǎng)景的完美適配還存在不小的距離。這不僅是因?yàn)閷?shí)際場(chǎng)景具有難以預(yù)估的多樣性和復(fù)雜性，也和相關(guān)學(xué)科研究的滯后性密切相關(guān)。

二、傳統(tǒng)物流行業(yè)痛點(diǎn)

1.運(yùn)行特征單一，缺乏聯(lián)動(dòng)

傳統(tǒng)物流的運(yùn)行特征表現(xiàn)在各種運(yùn)輸服務(wù)的相對(duì)獨(dú)立運(yùn)作，倉(cāng)儲(chǔ)服務(wù)單點(diǎn)運(yùn)行，配送服務(wù)依附于倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，運(yùn)輸與倉(cāng)儲(chǔ)服務(wù)之間缺乏聯(lián)動(dòng)，倉(cāng)儲(chǔ)僅僅是運(yùn)輸節(jié)點(diǎn)之一。具有一定的信息管理能力，但更多應(yīng)用于運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)各自的運(yùn)行管理。

2.傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)管理水平落后

傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)是以收保管費(fèi)為商業(yè)模式的，希望自己的倉(cāng)庫(kù)總是滿滿的，這種模式與物流的宗旨背道而馳。傳統(tǒng)的倉(cāng)庫(kù)管理仍存在技術(shù)不到位，管理體系不完善的問(wèn)題。就目前而言，我國(guó)的倉(cāng)庫(kù)管理水平至少落后日本 30 年，落后西歐發(fā)達(dá)國(guó)家 50 年。

3.傳統(tǒng)物流易造成資源浪費(fèi)

傳統(tǒng)物流由于信息不對(duì)稱、資源不共享、系統(tǒng)不協(xié)同，物流體系不能互聯(lián)互通，帶來(lái)嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。

三、基于機(jī)器視覺的智能物流系統(tǒng)的技術(shù)

本項(xiàng)目采取自動(dòng)引導(dǎo)車輛（AGV）與二維碼技術(shù)相結(jié)合的基于機(jī)器視覺的智能物流。其中運(yùn)用到的自動(dòng)引導(dǎo)車輛與二維碼技術(shù)在現(xiàn)階段發(fā)展都已成熟，實(shí)現(xiàn)基于機(jī)器視覺的智能物流系統(tǒng)依賴自動(dòng)引導(dǎo)車輛與二維碼技術(shù)已不成問(wèn)題。本項(xiàng)目小車依靠Open MV視覺模塊非循跡直接導(dǎo)航，視覺模塊將外界信息處理并傳輸給主控板，主控板根據(jù)接收到的消息，讓電機(jī)驅(qū)動(dòng)板控制小車靠近目標(biāo)【2】。其中的Open MV是一個(gè)開源，低成本，功能強(qiáng)大的機(jī)器視覺模塊。以STM32F767CPU為核心，集成了OV7725攝像頭芯片，在小巧的硬件模塊上，用C語(yǔ)言高效地實(shí)現(xiàn)了核心機(jī)器視覺算法，提供Python編程接口。使用者們（包括發(fā)明家、愛好者以及智能設(shè)備開發(fā)商）可以用python語(yǔ)言使用Open MV提供的機(jī)器視覺功能，為自己的產(chǎn)品和發(fā)明增加有特色的競(jìng)爭(zhēng)力。Open MV上的機(jī)器視覺算法包括尋找色塊、人臉檢測(cè)、眼球跟蹤、邊緣檢測(cè)、標(biāo)志跟蹤等?？梢杂脕?lái)實(shí)現(xiàn)非法入侵檢測(cè)、產(chǎn)品的殘次品篩選、跟蹤固定的標(biāo)記物等【3】。使用者僅需要寫一些簡(jiǎn)單的Python代碼，即可輕松的完成各種機(jī)器視覺相關(guān)的任務(wù)。小巧的設(shè)計(jì)，使得Open MV可以用到很多創(chuàng)意的產(chǎn)品上。比如，可以給機(jī)器人提供周邊環(huán)境感知能力;給智能車增加視覺巡線功能;給智能玩具增加識(shí)別人臉功能，提高產(chǎn)品趣味性等;甚至，可以給工廠產(chǎn)品線增加殘次品篩選功能等。

1.AGV小車性能：

①改善物流管理：AGV小車能夠讓貨物的擺放更加有序、整潔、規(guī)范。

②可靠的調(diào)度能力：AGV小車的中央控制系統(tǒng)可進(jìn)行數(shù)據(jù)分析以及遠(yuǎn)程控制。

③安全性：AGV小車的導(dǎo)引路徑非常明確，當(dāng)AGV小車在行駛路徑上如遇到障礙物時(shí)，小車會(huì)自動(dòng)避障停車，可替代人工在狹窄、惡劣、不適應(yīng)人類工作的環(huán)境中有效完成危險(xiǎn)作業(yè)工作。

④成本控制：AGV小車無(wú)需駕駛員駕駛，無(wú)需人員搬運(yùn)，用戶可遙控或在系統(tǒng)中設(shè)定其路徑以及任務(wù)指定，小車便能自主完成任務(wù)工作，節(jié)約了大量的人工成本，一年半便可回收成，增加企業(yè)效益，同時(shí)減少了由于枯燥、機(jī)械性的搬運(yùn)工作而造成的人員流失率。

⑤任意角度行走：AGV小車采用了麥克納姆輪技術(shù)，可使小車進(jìn)行任意方向的移動(dòng)，前行、后退、斜形、橫行、旋轉(zhuǎn)等等，因此可在狹窄的空間內(nèi)自由行走，合理利用現(xiàn)有的占地面積，葉茂機(jī)電可根據(jù)客戶要求制定適合的AGV小車方案，提升企業(yè)的形象以及車間整潔度，實(shí)現(xiàn)柔性無(wú)人化生產(chǎn)。

2.營(yíng)銷推廣策略

在該研究產(chǎn)品可通過(guò)搜索引擎推廣方式依托大平臺(tái)來(lái)達(dá)到運(yùn)營(yíng)預(yù)期效果。大平臺(tái)搜索引擎可選擇免費(fèi)推廣，該推廣方式的優(yōu)勢(shì)在于：選擇操作簡(jiǎn)單，容易上手，短期操作即可做關(guān)鍵詞推廣排名，完全免費(fèi)推廣，零成本引流，適合打造品牌效應(yīng)。這樣的優(yōu)勢(shì)有利于該研究產(chǎn)品在市場(chǎng)中形成一定的知名度，從而便于產(chǎn)品升級(jí)進(jìn)一步打開更廣闊的市場(chǎng)。為使智能物流車在消費(fèi)者心中留下深刻的印象，并能夠?qū)⑵渑c市場(chǎng)上同類產(chǎn)品區(qū)別開，將利用服務(wù)和產(chǎn)品特色吸引消費(fèi)者的注意，從而樹立獨(dú)有品牌：創(chuàng)立自有品牌，注冊(cè)商標(biāo);提高產(chǎn)品品質(zhì)，引入質(zhì)量管理體系;引入 CIS 建立統(tǒng)一的視覺識(shí)別，并對(duì)門下的旗艦店進(jìn)行設(shè)新穎時(shí)尚的統(tǒng)一門店設(shè)計(jì)裝修，設(shè)計(jì)自己產(chǎn)品獨(dú)特包裝、銷售人員服裝，營(yíng)造良好視覺效果;

加大線上及線下的宣傳力度，同時(shí)加強(qiáng)會(huì)員服務(wù)，營(yíng)造良好顧客體驗(yàn)。

四、總結(jié)

相較于傳統(tǒng)物流系統(tǒng)不協(xié)同，物流體系不互聯(lián)互通，物流車效率極其低下且有安全隱患，智能物流作為新世紀(jì)的重要發(fā)展方向，在未來(lái)科技和生活中占據(jù)著重要位置，隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的不斷發(fā)揮也為其提供了大量信息技術(shù)支撐，而機(jī)器視覺系統(tǒng)也同樣作為國(guó)內(nèi)外研究的重要對(duì)象，其在工業(yè)和農(nóng)業(yè)以及軍事領(lǐng)域等有著重要應(yīng)用，機(jī)器視覺系統(tǒng)在智能物流分揀過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)的自動(dòng)化也極大地提高了物流工作的效率水平，有效地促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度。因此，更加智能化的運(yùn)輸和配送對(duì)物流行業(yè)發(fā)展有著重要意義。

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課題項(xiàng)目：

廣西壯族自治區(qū)2021年大學(xué)生創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練校級(jí)立項(xiàng)“基于機(jī)器視覺的智能物流系統(tǒng)”項(xiàng)目成果