基于机器视觉的智能物流系统研究

孙云艳　唐旋　刘思彤　李柱浩　林鸿宇

【摘  要】 随着工业时代的到来，自动化在传统行业中的分量日益加大，机器人扮演着核心的角色，而视觉是机器人的眼睛。传统的物流仓储智能车是在地面画线或者在地面埋电线，这样物流车效率极其低下且有安全隐患。本文旨在对基于机器视觉的智能物流系统的相关理论进行综述。基于机器视觉的智能物流系統通过OpenMV视觉模块导航，利用二维码识别技术，结合图像识别技术和网络通信技术设计出一整套机器视觉系统。该系统可以以极快的速度来获取并处理大量信息，并且通过实时监控等方式来进行信息收集，从而提高物流分拣效率。本系统以降低安全隐患为宗旨，以提高物流效率为目标，基于机器视觉的智能物流系统使货物分拣自动化，在当下的智能领域有着广泛的应用前景。

【关键词】机器视觉;OpenMV视觉模块;目标识别;货物分拣自动化;

一、国内基于机器视觉智能物流系统研究现状

据中国物流技术协会统计，国内越来越多的企业认识到要发展成为大型企业甚至国际化强企，必须依托强大的分拣和仓库管理的能力。就目前而言，我国的仓库管理水平至少落后日本 30 年，落后西欧发达国家 50 年。现在，虽然中国很多的大企业，已建立了仓库管理系统，但是在真正使用时却达不到预期效果。所以，我国还是面临着仓库管理技术不到位，管理体系不完善的问题，而这又是制约我国各大相关企业发展的瓶颈，所以解决这一问题已成为经济发展的必然。为了解决这一问题，自动化仓库技术被定义为“中国制造 2025”的关键组成部分。【1】这一技术的作用处于生产制造和客户使用的中间环节，对于整个工业强国科技兴国战略，有着至关重要的作用。仓库自动化技术迅速发展，成为了自动化板块增长最稳定、成长空间最大的领域。尽管对机器视觉技术的研究己经有了几十年的沉淀，尽管机器视觉在某些领域己有不小的斩获，但到目前为止，能运用于实际场景机器视觉系统仍在少数。虽然国内外对视觉抓取技术己有较为成熟的结果，但是它们大多高度专一化且成本不菲，这种现象在国内尤其明显。例如工件的定位、识别算法，视觉控制算法与实际场景的完美适配还存在不小的距离。这不仅是因为实际场景具有难以预估的多样性和复杂性，也和相关学科研究的滞后性密切相关。

二、传统物流行业痛点

1.运行特征单一，缺乏联动

传统物流的运行特征表现在各种运输服务的相对独立运作，仓储服务单点运行，配送服务依附于仓储节点，运输与仓储服务之间缺乏联动，仓储仅仅是运输节点之一。具有一定的信息管理能力，但更多应用于运输、仓储各自的运行管理。

2.传统仓库管理水平落后

传统的仓储业是以收保管费为商业模式的，希望自己的仓库总是满满的，这种模式与物流的宗旨背道而驰。传统的仓库管理仍存在技术不到位，管理体系不完善的问题。就目前而言，我国的仓库管理水平至少落后日本 30 年，落后西欧发达国家 50 年。

3.传统物流易造成资源浪费

传统物流由于信息不对称、资源不共享、系统不协同，物流体系不能互联互通，带来严重的资源浪费。

三、基于机器视觉的智能物流系统的技术

本项目采取自动引导车辆（AGV）与二维码技术相结合的基于机器视觉的智能物流。其中运用到的自动引导车辆与二维码技术在现阶段发展都已成熟，实现基于机器视觉的智能物流系统依赖自动引导车辆与二维码技术已不成问题。本项目小车依靠Open MV视觉模块非循迹直接导航，视觉模块将外界信息处理并传输给主控板，主控板根据接收到的消息，让电机驱动板控制小车靠近目标【2】。其中的Open MV是一个开源，低成本，功能强大的机器视觉模块。以STM32F767CPU为核心，集成了OV7725摄像头芯片，在小巧的硬件模块上，用C语言高效地实现了核心机器视觉算法，提供Python编程接口。使用者们（包括发明家、爱好者以及智能设备开发商）可以用python语言使用Open MV提供的机器视觉功能，为自己的产品和发明增加有特色的竞争力。Open MV上的机器视觉算法包括寻找色块、人脸检测、眼球跟踪、边缘检测、标志跟踪等。可以用来实现非法入侵检测、产品的残次品筛选、跟踪固定的标记物等【3】。使用者仅需要写一些简单的Python代码，即可轻松的完成各种机器视觉相关的任务。小巧的设计，使得Open MV可以用到很多创意的产品上。比如，可以给机器人提供周边环境感知能力;给智能车增加视觉巡线功能;给智能玩具增加识别人脸功能，提高产品趣味性等;甚至，可以给工厂产品线增加残次品筛选功能等。

1.AGV小车性能：

①改善物流管理：AGV小车能够让货物的摆放更加有序、整洁、规范。

②可靠的调度能力：AGV小车的中央控制系统可进行数据分析以及远程控制。

③安全性：AGV小车的导引路径非常明确，当AGV小车在行驶路径上如遇到障碍物时，小车会自动避障停车，可替代人工在狭窄、恶劣、不适应人类工作的环境中有效完成危险作业工作。

④成本控制：AGV小车无需驾驶员驾驶，无需人员搬运，用户可遥控或在系统中设定其路径以及任务指定，小车便能自主完成任务工作，节约了大量的人工成本，一年半便可回收成，增加企业效益，同时减少了由于枯燥、机械性的搬运工作而造成的人员流失率。

⑤任意角度行走：AGV小车采用了麦克纳姆轮技术，可使小车进行任意方向的移动，前行、后退、斜形、横行、旋转等等，因此可在狭窄的空间内自由行走，合理利用现有的占地面积，叶茂机电可根据客户要求制定适合的AGV小车方案，提升企业的形象以及车间整洁度，实现柔性无人化生产。

2.营销推广策略

在该研究产品可通过搜索引擎推广方式依托大平台来达到运营预期效果。大平台搜索引擎可选择免费推广，该推广方式的优势在于：选择操作简单，容易上手，短期操作即可做关键词推广排名，完全免费推广，零成本引流，适合打造品牌效应。这样的优势有利于该研究产品在市场中形成一定的知名度，从而便于产品升级进一步打开更广阔的市场。为使智能物流车在消费者心中留下深刻的印象，并能够将其与市场上同类产品区别开，将利用服务和产品特色吸引消费者的注意，从而树立独有品牌：创立自有品牌，注册商标;提高产品品质，引入质量管理体系;引入 CIS 建立统一的视觉识别，并对门下的旗舰店进行设新颖时尚的统一门店设计装修，设计自己产品独特包装、销售人员服装，营造良好视觉效果;

加大线上及线下的宣传力度，同时加强会员服务，营造良好顾客体验。

四、总结

相较于传统物流系统不协同，物流体系不互联互通，物流车效率极其低下且有安全隐患，智能物流作为新世纪的重要发展方向，在未来科技和生活中占据着重要位置，随着互联网信息技术的不断发挥也为其提供了大量信息技术支撑，而机器视觉系统也同样作为国内外研究的重要对象，其在工业和农业以及军事领域等有着重要应用，机器视觉系统在智能物流分拣过程中能够实现的自动化也极大地提高了物流工作的效率水平，有效地促进经济发展速度。因此，更加智能化的运输和配送对物流行业发展有着重要意义。

参考文献：

[1]潘彦文.中国金属通报.学术期刊数据库，2019

[2]张兴华.技术与市场.学术期刊数据库，2019

[3]耿家乐.工业仪表与自动化装置.学术期刊数据库，2020

课题项目：

广西壮族自治区2021年大学生创业训练校级立项“基于机器视觉的智能物流系统”项目成果