基于視覺技術的智能快遞分揀機器人的設計

吳金文 陳玉龍 郭復澳

【摘?要】分揀是快遞企業分揀中心最繁鎖、工作量最大的環節。在物流高速發展的今天，分揀機器人也隨著時代的潮流應運而生。分揀機器人基于視覺技術自動掃描、讀取識別訂單信息，完成包裹稱重及信息記錄，識別成功后依據調度系統的指揮，以最優路徑將包裹送至規定的投放口，完成自動分揀。

【關鍵詞】自動分揀;視覺技術;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

機器視覺技術是指用攝像機模擬人眼的視覺功能，并以此來對客觀的事物進行測量和判斷。現如今，機器視覺技術在物流業中得到了廣泛的應用，對提高工作效率，實現分揀智能化起到了至關重要的作用。

快遞分揀是物流業中的一個重要的組成部分，在傳統的物流線上，采用的是人工分揀的方法，但這種工作的重復性高，且勞動強度大，工人在長時間工作后，易出現錯分現象。隨著物流業的發展與進步，開始逐漸采用智能機器人來代替工人進行分揀。本文將機器視覺技術應用到機器人的分揀作業中，搭建基于視覺的機器人分揀實驗平臺。經測試，該平臺能夠對擺放在相機視野范圍內任意位置的工件進行分揀，為分揀自動化提供了一套切實可行的方案。

1.總體電路結構設計

本文中設計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、直流電機模塊等組成。其中最重要的是STM32F4 模塊，STM32F407ZGT6核心板是整個系統的控制中心，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信息，然后將坐標信息顯示于液晶上面，再驅動小車從原點坐標出發。直流電機模塊主要由TB6612電機、ULN2003步進電機以及載重盤驅動電機組成，它支撐著整個系統的電源驅動，為分揀小車提供動力。

2.硬件設計

2.1 STM32F4 模塊

STM32F4 模塊：使用STM32F407ZGT6芯片作為整個系統的控制中心，對各外部模塊輸入的信號做處理后發送給相應的模塊做出響應;

2.2二維碼掃描

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

2.3紅外尋跡模塊

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

2.4直流電機模塊

直流電機模塊：控制直流電機的轉動，使得載物小車向前行駛或者實現拐彎;載重盤模塊：其主要功能就是放置需要運送的快件，實現快件的傾倒。

3.軟件系統總體流程設計

3.1分揀系統的I/O地址分布

4.總結

系統工作說明：

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信息如x1y2.然后將坐標信息顯示于液晶上面，再驅動小車從原點坐標出發，當小車的四個紅外開關全部檢測到黑線時，紅外開關全部輸出為高電平，此時小車認為經過一個坐標點。小車從原點開始先走x坐標。到達x坐標后進行左轉進入y坐標，然后到達y坐標后驅動卸貨電機進行卸貨。卸貨完成后小車先左轉，然后走回x坐標的原點，之后再左轉進入y坐標，直至走到y坐標原點結束分揀，掃描二維碼后按此依次循環進行。

尋跡原理：檢測 Left1?Left2?Right2 Right1 輸出均為低電平即紅外檢測開關全部未掃描到黑線時小車前進，當Left2檢測到黑線時，說明小車右偏于中心黑線，此時驅動小車左轉。當Right2檢測到黑線時，說明小車左偏于中心黑線，此時驅動小車右轉，這樣小車就會恢復與中心黑線平行的方向，從而循著中心線前進。

到達坐標點檢測原理：當小車的四個紅外開關全部檢測到黑線時，紅外開關全部輸出為高電平，此時小車認為經過一個坐標點。

到達指定坐標：小車先走X坐標，左轉進入Y坐標，再走Y坐標。

返回坐標原點：卸貨后左轉進入X坐標，走完X坐標，再左轉進入Y坐標，直至到達原點。

小車左轉：控制左面電機不動，右電機前進。

小車右轉：控制右面電機不動，左電機前進。

參考文獻：

[1]周建浩.用于物流中心的快件自動分揀機器人的研究[D].華北理工大學，2018.

[2]楊友良，胡少輝，趙麗宏.快件分揀機器人群的路徑規劃及智能調度[J].華北理工大學學報（自然科學版），2018，40（01）：91-97.

[3]王喜文.機器人技術在物流中的應用：分揀、搬運到送貨[J].物聯網技術，2017，7（03）：6-7.

[4]周忠太.多AGV物流分揀系統的設計與關鍵技術研究[D].華南理工大學，2018.

[5]紀勇峰.智能物流分揀傳送系統的實現[J].內燃機與配件，（03）：173-174.

[6]李昭，李華杰，孫建明，謝穎佳，劉瑤.快遞物流包裝件分揀裝置設計[J].包裝與食品機械，2018，36（05）：36-41.

[7]周高鵬.物流自動分揀系統的使用現狀及應用前景分析[J].現代經濟信息，2018（18）：373.

[8]劉繼超.自動分揀系統及應用[J].數字技術與應用，2018，36（04）：220-221.

作者簡介：

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

陳玉龍（1998—），男，漢族，江蘇淮安，學生，學士，研究方向為自動化;

郭復澳（1999—），男，漢族，江蘇徐州，學生，學士，研究方向為自動化。

基金項目：

南京工業大學浦江學院省級大創課題（課題編號：201913905004Y）。

（作者單位：南京工業大學浦江學院）