基于视觉技术的智能快递分拣机器人的设计

吴金文 陈玉龙 郭复澳

【摘 要】分拣是快递企业分拣中心最繁锁、工作量最大的环节。在物流高速发展的今天，分拣机器人也随着时代的潮流应运而生。分拣机器人基于视觉技术自动扫描、读取识别订单信息，完成包裹稱重及信息记录，识别成功后依据调度系统的指挥，以最优路径将包裹送至规定的投放口，完成自动分拣。

【关键词】自动分拣;视觉技术;传感器;

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

机器视觉技术是指用摄像机模拟人眼的视觉功能，并以此来对客观的事物进行测量和判断。现如今，机器视觉技术在物流业中得到了广泛的应用，对提高工作效率，实现分拣智能化起到了至关重要的作用。

快递分拣是物流业中的一个重要的组成部分，在传统的物流线上，采用的是人工分拣的方法，但这种工作的重复性高，且劳动强度大，工人在长时间工作后，易出现错分现象。随着物流业的发展与进步，开始逐渐采用智能机器人来代替工人进行分拣。本文将机器视觉技术应用到机器人的分拣作业中，搭建基于视觉的机器人分拣实验平台。经测试，该平台能够对摆放在相机视野范围内任意位置的工件进行分拣，为分拣自动化提供了一套切实可行的方案。

1.总体电路结构设计

本文中设计的分拣装置主要是由STM32F4 模块、二维码扫描模块、红外寻迹模块、直流电机模块等组成。其中最重要的是STM32F4 模块，STM32F407ZGT6核心板是整个系统的控制中心，核心板通过OV2640摄像头采集二维码图像信息，通过图像识别算法得出坐标信息，然后将坐标信息显示于液晶上面，再驱动小车从原点坐标出发。直流电机模块主要由TB6612电机、ULN2003步进电机以及载重盘驱动电机组成，它支撑着整个系统的电源驱动，为分拣小车提供动力。

2.硬件设计

2.1 STM32F4 模块

STM32F4 模块：使用STM32F407ZGT6芯片作为整个系统的控制中心，对各外部模块输入的信号做处理后发送给相应的模块做出响应;

2.2二维码扫描

二维码扫描：通过ov2640扫描二维码获取坐标，读取贴在快件的二维码坐标信息后发送给STM32F407ZGT6芯片处理;

2.3红外寻迹模块

红外寻迹模块：通过TCRT5000红外反射光电开关传感器使得载物小车沿着限定的路线寻走，计横向/纵向坐标，走到投放点把货物卸下;

2.4直流电机模块

直流电机模块：控制直流电机的转动，使得载物小车向前行驶或者实现拐弯;载重盘模块：其主要功能就是放置需要运送的快件，实现快件的倾倒。

3.软件系统总体流程设计

3.1分拣系统的I/O地址分布

4.总结

系统工作说明：

核心板通过OV2640摄像头采集二维码图像信息，通过图像识别算法得出坐标信息如x1y2.然后将坐标信息显示于液晶上面，再驱动小车从原点坐标出发，当小车的四个红外开关全部检测到黑线时，红外开关全部输出为高电平，此时小车认为经过一个坐标点。小车从原点开始先走x坐标。到达x坐标后进行左转进入y坐标，然后到达y坐标后驱动卸货电机进行卸货。卸货完成后小车先左转，然后走回x坐标的原点，之后再左转进入y坐标，直至走到y坐标原点结束分拣，扫描二维码后按此依次循环进行。

寻迹原理：检测 Left1 Left2 Right2 Right1 输出均为低电平即红外检测开关全部未扫描到黑线时小车前进，当Left2检测到黑线时，说明小车右偏于中心黑线，此时驱动小车左转。当Right2检测到黑线时，说明小车左偏于中心黑线，此时驱动小车右转，这样小车就会恢复与中心黑线平行的方向，从而循着中心线前进。

到达坐标点检测原理：当小车的四个红外开关全部检测到黑线时，红外开关全部输出为高电平，此时小车认为经过一个坐标点。

到达指定坐标：小车先走X坐标，左转进入Y坐标，再走Y坐标。

返回坐标原点：卸货后左转进入X坐标，走完X坐标，再左转进入Y坐标，直至到达原点。

小车左转：控制左面电机不动，右电机前进。

小车右转：控制右面电机不动，左电机前进。

参考文献：

[1]周建浩.用于物流中心的快件自动分拣机器人的研究[D].华北理工大学，2018.

[2]杨友良，胡少辉，赵丽宏.快件分拣机器人群的路径规划及智能调度[J].华北理工大学学报（自然科学版），2018，40（01）：91-97.

[3]王喜文.机器人技术在物流中的应用：分拣、搬运到送货[J].物联网技术，2017，7（03）：6-7.

[4]周忠太.多AGV物流分拣系统的设计与关键技术研究[D].华南理工大学，2018.

[5]纪勇峰.智能物流分拣传送系统的实现[J].内燃机与配件，（03）：173-174.

[6]李昭，李华杰，孙建明，谢颖佳，刘瑶.快递物流包装件分拣装置设计[J].包装与食品机械，2018，36（05）：36-41.

[7]周高鹏.物流自动分拣系统的使用现状及应用前景分析[J].现代经济信息，2018（18）：373.

[8]刘继超.自动分拣系统及应用[J].数字技术与应用，2018，36（04）：220-221.

作者简介：

吴金文（1984-），男，汉族，江苏南京，教师，讲师，硕士，研究方向机电一体化;

陈玉龙（1998—），男，汉族，江苏淮安，学生，学士，研究方向为自动化;

郭复澳（1999—），男，汉族，江苏徐州，学生，学士，研究方向为自动化。

基金项目：

南京工业大学浦江学院省级大创课题（课题编号：201913905004Y）。

（作者单位：南京工业大学浦江学院）