基于物聯網技術的智能分揀及數據采集方法

羅義釗 程樹英 涂靈 林志文 魏利龍

摘要：本文提出了一種基于物聯網技術的智能分揀系統，并對該系統實現智能分揀功能和數據采集方法的硬件和軟件設計方案進行了詳細的論述，以供各位讀者參考。

關鍵詞：智能分揀；硬件設計；軟件設計

中圖分類號：TP391.44 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）08-0170-02

傳統的物流倉庫分揀和裝卸工作主要依靠人工操作叉車的方式來實現，存在著破壞率高、工作效率低以及分揀難度大等問題。而物聯網技術的持續發展為現代物流倉庫的智能化水平的提升奠定了堅實的基礎。AGV（Automated Guided Vehicle）是一種基于物聯網技術的自動引導機器人，它完全具備了不在人工干預環境下對貨物進行智能識別、分揀以及裝卸的功能，全面提升了倉庫管理智能化的水平。目前使用最為廣泛的AGV搬運機器人有亞馬遜的Kiva機器人、京東的無人倉計劃等。但是，在實際運用的過程中，AGV搬運機器人依然存在著識別貨物準確率不高、自動規劃路徑效率低等問題，在很大程度上制約著AGV機器人工作質量和工作效率的提升，而物聯網AGV貨物智能分揀系統的誕生，則能有效地避免上述問題，加快智能化倉儲發展。綜上所述，對本文進行深入的分析與研究具有十分重要的意義。

1 相關技術簡介

1.1 物聯網技術的定義

物聯網（Internet of Things）指的是將無處不在的末端設備和設施聯系在一起之后形成的網絡體系，由內在智能和外在使能兩個部分組成，其中內在智能包含了移動終端、工業系統、數控系統、家庭智能設施以及視頻監控系統等領域；而外在使能則包含了貼上RFID的各種資產、安裝有無線終端的對象等等，通過各種通訊網絡實現互聯互通（M2M）、應用大集成（Grand Integration）以及基于云計算的SaaS營運等模式。同時，在內網、專網以及互聯網的作用下，運用合適的信息安全保障機制實時在線監測、定位追溯、報警聯動、調度指揮、預案管理、遠程控制、安全防范、遠程維保、在線升級、統計報表、決策支持等管理和服務功能，最終形成高效、節能、安全、環保管理萬物的智能網絡[1]。

1.2 AGV智能搬運機器人

Automated Guided Vehicle簡稱AGV，常見的形態有AGV搬運機器人和AGV小車兩種，主要被應用于自動物流的分揀和搬運工作中。它的運行原理是通過特殊導航系統和貨物識別系統，將特定的貨物分揀并運輸至指定的地點，當前最為常用的引導方式有詞條引導、激光引導以及RFID引導三種。因磁條引導方式具有準確性高、成本低廉等優勢，被廣泛運用于該智能搬運機器人中；而激光引導的使用，則需要花費大量的成本，很少會被人們采用；RFID引導的成本費用相對適中，同時具有高精度的引導能力，操作簡便，可以用于復雜的站點式布局分揀系統中。

2 AGV智能分揀系統的硬件設計

AGV貨物智能分揀系統的硬件部分主要由STM32F4微控制器、電機驅動、貨物識別、AGV導航以及AGV避障等模塊組成。其中STM32F4微控制器的主要作用是實現對AGV智能分揀機器人的運行狀態的監測，并實時共享機器人的位置。此外，STM32F4微控制器還能通過接受服務器指令的方式，對貨物識別模塊、導航模塊以及避障模塊的運行方向和速度進行控制，最終實現AGV機器人智能分揀貨物的功能。

2.1 AGV智能分揀系統貨物識別的硬件設計

在AGV貨物識別子系統使用了先進的OV 7670圖像傳感器對貨物進行識別，該技術的運用，幫助我們實現了運用SCCB總線控制貨物識別模塊輸出8位傳輸數據的功能，傳輸速度最高可達到30幀/秒。此外，OV 7670圖像傳感器技術的應用，還有助于我們利用固定圖案噪聲、拖尾以及浮散等方式來增強圖像質量，是系統可以獲取高清晰度、高穩定性的彩色圖像得到清晰穩定的彩色圖像，從而增強 AGV智能分揀系統貨物識別功能[2]。

2.2 AGV智能分揀系統導航功能的硬件設計

HMC5883L磁阻傳感器與MPLJ-6050運動處理傳感器是AGV智能分揀系統實現導航功能的兩個重要組成部分。其中HMC5883L磁阻傳感器運用了霍尼韋爾各向異性磁阻（AMR）技術，使AGV智能分揀機器人在運行的過程中可以在軸向運動和線性運動的過程中獲得高靈敏度，在實現AGV智能分揀系統導航功能的同時，增強導航的及時性和準確性。HMC5883L磁阻傳感器集成了3軸角速度和3軸加速度，此項技術在智能分揀機器人中的運用，能夠使機器人的羅盤航向、軟磁、硬磁以及自動校準庫等模塊的運行不受強磁場環境的影響，同時還可以結合微貫導技術獲取AGV機器人在運動狀態下的運行性能和實時位置。

3 AGV智能分揀系統的軟件設計

AGV貨物智能分揀系統的主要采用了分布式算法的方式進行軟件設計，該技術的運用，巧妙的結合了多個AGV之間的聯系，實現了的協同及智能控制技術實現AGV智能識別貨物、自主導航規劃路徑功能[3]。

3.1 AGV智能分揀系統貨物識別的軟件設計

AGV智能分揀系統同時使用了圖像識別技術和機器學習技術兩種軟件實現該系統的貨物識別功能。該軟件設計方式需要幾個方面加以實現：首先，對倉庫中存在的貨物條碼和貨物輪廓等信息進行采樣，并建立貨物特征樣本庫；其次，運用CCD攝像機獲取貨物的條碼、貨物圖像以及貨物的輪廓特征等信息；最后，運用決策樹迭代算法自動匹配和識別貨物，繼而增強AGV智能分揀系統識別貨物條碼及時性、準確性以及全明性。

3.2 AGV智能分揀系統導航功能的軟件設計

AGV導航系統使用的是微慣導技術，它通過加速度計、陀螺儀等測量AGV小車或機器人的角加速度和線性加速度，與傳統的平臺導航坐標系相比，微慣導技術的運用，有效地避免了我們手動構建三維坐標系的麻煩，只需要使用陀螺儀和加速度計算器對物體的角速度和加速度進行計算，就可以構建出坐標系。此外，加速度計算器通過測量運動載體的運動加速度之后，就能獲得運動載體的速度，我們只需要使用坐標轉換矩陣和歐拉角關系，就能獲取導航坐標系下的位置。

4 結語

隨著物聯網技術的不斷發展和完善，AGV智能分揀系統在智能分揀、智能導航以及智能分揀等方面的能力都得到了提升，有效地推動了倉儲智能化的轉型，值得我們在今后的工作中不斷研發和推廣。同時，我們也需要在今后的工作中不斷學習與該技術有關的知識，積極分析影響此項技術向商業化、智能化轉變的因素，并采取行之有效的措施加以應對，為倉儲管理智能化、高效率的提升提供充足的人力資源保障。

參考文獻

[1]李家華.基于RFID物聯網技術的智能物流系[J].中國市場，2017，（15）：296.

[2]郭志強.基于物聯網技術的智能數據采集系統設計與應用[D].蘭州交通大學，2016.

[3]林敏.基于物聯網技術的智能變電站輔助系統及應用[J].電力工程技術，2013，（6）：19-22.