CN105817422A - 基于机器人的自动采集随机摆放快递包裹信息系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于机器人的自动采集随机摆放快递包裹信息系统，其包括：传送带系统、信息采集系统以及机械手手眼系统，所述传送带系统、信息采集系统以及机械手手眼系统彼此通过通讯进行连接，所述信息采集系统由第一信息采集系统和第二信息采集系统组成，所述传送带系统包括第一传送带装置和第二传送带装置，所述第一传送带装置和第二传送带装置首尾相接但分别由不同传送带电机带动，所述第一传送带装置负责将快递包裹运送到第一信息采集系统进行图像采集或射频信息采集；所述第二传送带装置负责将第一信息采集系统未能采集到信息的快递包裹输送到第二信息采集系统。

Description

基于机器人的自动采集随机摆放快递包裹信息系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种快递包裹分拣领域，尤其是涉及一种基于机器人的自动采集随机摆放快递包裹信息系统及其方法。

背景技术

就国内的情况来看，快递包裹行业中的快递包裹分拣工作一般由人来完成，这种操作方式效率低、准确性差，且对于长时间工作的人工操作，难免会产生工作疲劳所带来的操作失误，导致快递包裹受损。有一些研究在对快递包裹分拣过程中二维码等信息的自动扫描过程仅仅是以快递包裹的二维码信息或单号信息是可以被摄像机拍摄到并扫描到的，那么这就要求人工来使得快递包裹的单号或二维码信息所在的面是放置在可以被相机拍摄到的位置。也有少数的新型先进快递包裹物流企业采用的是发达国家主流的滑块分拣系统，利用这种系统，在人工输入快递包裹的信息之后，将快递包裹利用传送带传送到前面所述滑块分拣系统，便能实现依据快递包裹所要到达的目的地等信息，对快递包裹进行自动分类至一个个子区域。不过这种滑块分拣系统也存在一个缺点，就是必须人工输入快递包裹的信息，这种工作方式将存在两个问题：一个是难以实现24小时的工作来提高工作时间，进而提高每天能够处理的快递包裹工作量；二是仍然存在人工操作失误的问题。

鉴于以上现有技术的缺点，本发明的主要目的是提供一种基于机器人的自动采集随机摆放快递包裹信息系统及其方法。

发明内容

本发明提出一种基于机器人的自动采集随机摆放快递包裹信息系统，解决了现有技术人工分栋操作来误差大和效率低下的缺陷。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于机器人的自动采集随机摆放快递包裹信息系统，其包括：传送带系统、信息采集系统以及机械手手眼系统，所述传送带系统、信息采集系统以及机械手手眼系统彼此通过通讯进行连接，所述信息采集系统包括第一信息采集系统和第二信息采集系统，所述传送带系统包括第一传送带装置和第二传送带装置，所述第一传送带装置和第二传送带装置首尾相接但分别由不同传送带电机带动，所述第一传送带装置负责将快递包裹运送到第一信息采集系统进行图像采集或射频信息采集；所述第二传送带装置负责将第一信息采集系统未能采集到信息的快递包裹输送到第二信息采集系统；所述机械手手眼系统放置于第一传送带与第二传送带之间的侧边，且所述机械手手眼系统工作范围可以到达第一传送带装置和第二传送带装置上。

本发明提出一种基于机器人的自动采集随机摆放快递包裹信息的方法，解决了现有技术人工分栋操作来误差大和效率低下的缺陷。

一种基于机器人的自动采集随机摆放快递包裹信息系统的方法，其包括如下步骤：

(1)提供一个传送带系统、一个信息采集系统以及一个机械手手眼系统，三个系统彼此通过通讯连接，所述传送带系统包括第一传送带装置和第二传送带装置，所述机械手手眼系统包括手眼固定型机器视觉模型、机械手控制器和机械手；

(2)启动第一传送带装置带动快递包裹，启动信息采集系统对初次经过的快递包裹进行拍照，获取其三个方向的图像，分析查找图像中的快递包裹信息并进行提取；或通过信息采集系统的射频模块提取射频标签的快递包裹信息；

(3)若提取出快递包裹相关信息，则直接进入滑块分拣系统，此时信息提取任务完成；

(4)当未提取到相关快递包裹信息时，提取图像中的快递包裹边缘点坐标信息，通过手眼固定型机器视觉模型，结合传送带传送速度，估算出快递包裹到达机械手工作范围时的快递包裹位姿以及时间；

(5)将快递包裹到达机械手工作范围的时间以及位姿信息传递给机械手控制器，调整机械手相关参数对目标快递包裹进行抓取，同时以特定的方式翻转180度之后将其移动到第二传送带装置上，使其可以重新进行快递包裹信息的提取过程。

本发明进一步的改进如下：

进一步地，所述第一信息采集系统包括三台CCD相机，所述三台CCD相机分别安置在快递包裹的顶面、正前面以及外侧面，用于拍摄快递包裹的顶面、正前面以及外侧面的图像，并对其图像进行分析扫描并识别其中的二维码或者图像文字信息。

进一步地，所述第一信息采集系统还包括一个射频读卡器，所述射频读卡器针对于安插有电子标签的快递包裹，可直接读取出其中的快递包裹信息。

进一步地，所述第二信息采集系统包括三台CCD相机，所述三台CCD相机分别安置在快递包裹的顶面、正前面以及内侧面，用来拍摄快快递包裹的顶面、正前面以及内侧面的图像，并对其图像进行分析扫描并识别其中的二维码或者图像文字信息。

进一步地，所述第一传送带装置还包括距离感应器和单片机，且在通讯上与传送带电机保持连接，所述距离感应器安置在第一信息采集系统前方，当快递包裹到达此位置时，距离感应器将发送一个离散数字信息给单片机，单片机对传送带进行定时中断控制，使快递包裹在到达第一信息采集系统工作范围时有足够的等待时间对快递包裹信息进行采集。

进一步地，所述第二传送带装置还包括距离感应器和单片机，且在通讯上与传送带电机保持连接，所述距离感应器安置在第二信息采集系统前方，当快递包裹到达此位置时，所述距离感应器将发送一个离散数字信息给单片机，所述单片机对传送带进行定时中断控制，使快递包裹在到达第二信息采集系统工作范围时有足够的等待时间对快递包裹的信息进行采集。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

效率高：机器系统较之人工处理二维码标签、图像文字标签以及电子标签操作效率很高；

准确：工人长时间工作会导致工作疲劳，进而会大大增加人工操作的失误，而通过机器视觉等扫描则大大提高了其输入信息的准确性；

适应性强：对于目前国内快递包裹标签信息种类繁多的情况，本系统可以对二维码标签、图像文字标签以及电子标签的快递包裹进行信息采集。

工作时间长：结合国外主流的滑块分拣系统，本系统与之配合可使快递包裹分拣过程基本实现无人操作，对24小时工作的实现提供可能，进而可以增加每日能够处理的快递包裹的总量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种基于机器人的自动采集随机摆放快递包裹信息系统的示意图；

图2为本发明基于机器人的自动采集随机摆放快递包裹信息系统的系统流程图。

其中：传送带系统10，第一传送带装置11，第二传送带装置12，距离感应器13，单片机14，距离感应器15，单片机16，第一信息采集系统21，第二信息采集系统22，射频读卡器23，机械手手眼系统30。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图2所示，本发明的一种基于机器人的自动采集随机摆放快递包裹信息系统，其包括两套互相连接但由不同传送电机控制的传送带系统10，两套用于获取快递包裹顶面、前面以及侧面三个面方向的图像的信息采集系统20，一套用于对目标快递包裹进行抓取、翻转以及转移工作的机械手手眼系统30，同时此三个系统的通讯相互连接。

传送带系统10包括有第一传送带装置11和第二传送带装置12，所述第一传送带装置11和第二传送带装置12首尾相接但分别由不同传送带电机带动。其中第一传送带装置11上还包括一距离感应器13和与之功能相似的距离感应模块和一单片机14，第二传送带装置12上还包括一距离感应器15和与之功能相似的距离感应模块和一单片机16。所述距离感应器13安置在第一信息采集系统21前方，当快递包裹到达此位置时，距离感应器13将发送一个离散数字信息给单片机14，单片机14对传送带进行定时中断控制，使快递包裹在到达第一信息采集系统11工作范围时有足够的等待时间对快递包裹信息进行采集。所述距离感应器15安置在第二信息采集系统21前方，当快递包裹到达此位置时，所述距离感应器15将发送一个离散数字信息给单片机16，所述单片机16对第二传送带装置12进行定时中断控制，使快递包裹在到达第二信息采集系统22工作范围时有足够的等待时间对快递包裹的信息进行采集。

信息采集系统20包括有第一信息采集系统21、第二信息采集系统22，其中第一信息采集系统中还包含有射频读卡器23。所述述第一传送带装置11负责将快递包裹运送到第一信息采集系统21进行图像采集或射频信息采集；所述第二传送带装置12负责将第一信息采集系统22未能采集到信息的快递包裹输送到第二信息采集系统22。所述第一信息采集系统21包括三台CCD相机，所述三台CCD相机分别安置在快递包裹的顶面、正前面以及外侧面，用于拍摄快递包裹的顶面、正前面以及外侧面的图像，并对其图像进行分析扫描并识别其中的二维码或者图像文字信息。所述射频读卡器23针对于安插有电子标签的快递包裹，可直接读取出其中的快递包裹信息。所述第二信息采集系统22包括三台CCD相机，所述三台CCD相机分别安置在快递包裹的顶面、正前面以及内侧面，用来拍摄快快递包裹的顶面、正前面以及内侧面的图像，并对其图像进行分析扫描并识别其中的二维码或者图像文字信息。

机械手手眼系统30放置于第一传送带装置11与第二传送带装置12之间的侧边，且所述机械手手眼系统30工作范围可以到达第一传送带装置11和第二传送带装置12上。所述机械手手眼系统30包括手眼固定型机器视觉模型、机械手控制器和机械手。

启动所述传送带系统中的第一传送带装置11和第二传送带装置12，将随机摆放的快递包裹放置在第一传送带装置11的起始端，当快递包裹到达距离感应器13处时，距离感应器13将发送一个离散数字信号给与之相连的单片机14，通过事先对单片机14进行简单编程，使单片机14激活其内部的计时器、中断器的功能，令第一传送带装置实行定时中断，目的是使快递包裹到达第一信息采集系统工作范围时有足够的时间进行信息采集。

当快递包裹到达所述第一信息采集系统21工作范围时，由于单片机14的定时中断程序对第一传送带装置11的控制，将使快递包裹在此区域停留一段时间再继续运动，此时分以下三种情况：

射频读卡器23先对快递包裹进行扫描，若此快递包裹是由电子标签来标注其标签信息时，将直接提取出此快递包裹的信息，同时发送一个离散数字信号给第一信息采集系统21，令其他工作装置停止对此快递包裹继续进行信息提取工作，直接进入滑块系统一号入口进入分拣流程。

若此快递包裹不是由电子标签对其进行信息标注时，射频读卡器23将不能读出快递包裹的信息，所述第一信息采集系统21的三个方向面的相机将分别对快递包裹的前面、外侧面、顶面进行图像拍摄扫描，分析处理，提取出其中的二维码或者图像文字信息，若成功提取出快递包裹信息，即是快递包裹信息恰好在所拍摄的三个面上，则直接进入滑块系统一号口进入分拣流程。

若经过上述流程之后，未能成功提取出快递包裹信息，即快递包裹信息并不处于所述第一信息采集系统中的相机所拍摄的三个面时，则发送给机械手手眼系统30一个离散数字信息令其开始工作，机械手手眼系统30将对其工作范围区域进行拍照并进行分析处理，从而获取通过第一信息采集系统的快递包裹的边缘点图像坐标，再转换成机械手的世界坐标系坐标，对快递包裹进行抓取以及翻转工作，抓取翻转工作轨迹如下。

为方便描述其快递包裹被抓取翻转的运动轨迹，这里以快递包裹的中心点位置为原点设定一个z轴垂直向上为正方向，x轴正方向为传送带运动方向的的右手坐标系如图1，机械手末端执行装置采用外夹式双指手爪，抓取快递包裹时，机械手爪将抓取快递包裹的前后两个面并沿快递包裹z轴正方向抓起，同时以快递包裹y轴为基准轴瞬时值旋转180度，再沿x轴正方向水平移动到第二传送带装置12起始端上方将快递包裹放置在第二传送带装置12上，执行此操作之后机械手手眼系统恢复为工作起始状态并停止工作，等待下一次离散数字信号发送再次开始工作。

基于机器人技术的对随机摆放的快递包裹进行信息采集的方法及系统，与传统的由人工输入快递包裹信息相比，不但具有高效、准确率高的特点，同时对于目前多种快递包裹标签如电子标签、二维码标签、图形文字标签均可进行信息的采集提取，更可以实现24小时的无人操作，提高工作时间进而提高工作量，且大大减少了人工成本。

当进入到所述第二传送带装置上的快递包裹被运送到距离感应器15处时，距离感应器15将发送一个离散数字信号给与之相连的单片机16，通过事先对单片机16进行简单编程，使单片机16激活其内部的计时器、中断器的功能，令第一传送带装置实行定时中断，目的是使快递包裹到达第二信息采集系统工作范围时有足够的时间进行信息采集。

当快递包裹到达所述第二信息采集系统22工作范围时，由于单片机16的定时中断程序对第二传送带装置12的控制，将使快递包裹在此区域停留一段时间再继续运动，此时第二信息采集系统22的三个相机将分别对快递包裹的前面、内侧面、顶面进行图像拍摄扫描，分析处理，提取出其中的二维码或者图像文字信息，此时将必定扫描出快递包裹的信息，之后将进入与之配合使用的滑块分拣系统的二号入口，开始分拣流程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则的内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围的内。

Claims (10)

1.一种基于机器人的自动采集随机摆放快递包裹信息系统，其特征在于，包括：传送带系统、信息采集系统以及机械手手眼系统，所述传送带系统、信息采集系统以及机械手手眼系统彼此通过通讯进行连接，所述信息采集系统包括第一信息采集系统和第二信息采集系统，所述传送带系统包括第一传送带装置和第二传送带装置，所述第一传送带装置和第二传送带装置首尾相接但分别由不同传送带电机带动，所述第一传送带装置负责将快递包裹运送到第一信息采集系统进行图像采集或射频信息采集；所述第二传送带装置负责将第一信息采集系统未能采集到信息的快递包裹输送到第二信息采集系统；所述机械手手眼系统放置于第一传送带装置与第二传送带装置之间的侧边，且所述机械手手眼系统工作范围可以到达第一传送带装置和第二传送带装置上。

2.如权利要求1所述基于机器人的自动采集随机摆放快递包裹信息系统，其特征在于：所述第一信息采集系统包括三台CCD相机，所述三台CCD相机分别安置在快递包裹的顶面、正前面以及外侧面，用于拍摄快递包裹的顶面、正前面以及外侧面的图像，并对其图像进行分析扫描并识别其中的二维码或者图像文字信息。

3.如权利要求1所述基于机器人的自动采集随机摆放快递包裹信息系统，其特征在于：所述第一信息采集系统还包括一个射频读卡器，所述射频读卡器针对于安插有电子标签的快递包裹，可直接读取出其中的快递包裹信息。

4.如权利要求1所述基于机器人的自动采集随机摆放快递包裹信息系统，其特征在于：所述第二信息采集系统包括三台CCD相机，所述三台CCD相机分别安置在快递包裹的顶面、正前面以及内侧面，用来拍摄快快递包裹的顶面、正前面以及内侧面的图像，并对其图像进行分析扫描并识别其中的二维码或者图像文字信息。

5.如权利要求1所述基于机器人的自动采集随机摆放快递包裹信息系统，其特征在于：所述第一传送带装置还包括距离感应器和单片机，所述距离感应器安置在第一信息采集系统前方，当快递包裹到达此位置时，距离感应器将发送一个离散数字信息给单片机，单片机对传送带进行定时中断控制，使快递包裹在到达第一信息采集系统工作范围时有足够的等待时间对快递包裹信息进行采集。

6.如权利要求1所述基于机器人的自动采集随机摆放快递包裹信息系统，其特征在于：所述第二传送带装置还包括距离感应器和单片机，所述距离感应器安置在第二信息采集系统前方，当快递包裹到达此位置时，所述距离感应器将发送一个离散数字信息给单片机，所述单片机对传送带进行定时中断控制，使快递包裹在到达第二信息采集系统工作范围时有足够的等待时间对快递包裹的信息进行采集。

7.一种基于机器人的自动采集随机摆放快递包裹信息系统的方法，其包括如下步骤：

(1)提供一个传送带系统、一个信息采集系统以及一个机械手手眼系统，三个系统彼此通过通讯连接，所述传送带系统包括第一传送带装置和第二传送带装置，所述机械手手眼系统包括手眼固定型机器视觉模型、机械手控制器和机械手；

(2)启动第一传送带装置带动快递包裹，启动信息采集系统对初次经过的快递包裹进行拍照，获取其三个方向的图像，分析查找图像中的快递包裹信息并进行提取；或通过信息采集系统的射频模块提取射频标签的快递包裹信息；

(3)若提取出快递包裹相关信息，则直接进入滑块分拣系统，此时信息提取任务完成；

(4)当未提取到相关快递包裹信息时，提取图像中的快递包裹边缘点坐标信息，通过手眼固定型机器视觉模型，结合传送带传送速度，估算出快递包裹到达机械手工作范围时的快递包裹位姿以及时间；

(5)将快递包裹到达机械手工作范围的时间以及位姿信息传递给机械手控制器，调整机械手相关参数对目标快递包裹进行抓取，同时以特定的方式翻转180度之后将其移动到第二传送带装置上，使其可以重新进行快递包裹信息的提取过程。

8.如权利要求7所述基于机器人的自动采集随机摆放快递包裹信息系统的方法，其特征在于：所述信息采集系统包括第一信息采集系统和第二信息采集系统；

所述第一信息采集系统包括三台CCD相机，所述三台CCD相机分别安置在快递包裹的顶面、正前面以及外侧面，用于拍摄快递包裹的顶面、正前面以及外侧面的图像，并对其图像进行分析扫描并识别其中的二维码或者图像文字信息；

所述第二信息采集系统包括三台CCD相机，所述三台CCD相机分别安置在快递包裹的顶面、正前面以及内侧面，用来拍摄快快递包裹的顶面、正前面以及内侧面的图像，并对其图像进行分析扫描并识别其中的二维码或者图像文字信息。

9.如权利要求8所述基于机器人的自动采集随机摆放快递包裹信息系统的方法，其特征在于：所述第一信息采集系统还包括一个射频读卡器，所述射频读卡器针对于安插有电子标签的快递包裹，可直接读取出其中的快递包裹信息。

10.如权利要求9所述基于机器人的自动采集随机摆放快递包裹信息系统的方法，其特征在于：所述第一传送带装置和第二传送带装置首尾相接但分别由不同传送带电机带动，所述第一传送带装置负责将快递包裹运送到第一信息采集系统进行图像采集或射频信息采集；所述第二传送带装置负责将第一信息采集系统未能采集到信息的快递包裹输送到第二信息采集系统；所述机械手手眼系统放置于第一传送带与第二传送带之间的侧边，且所述机械手手眼系统工作范围可以到达第一传送带装置和第二传送带装置上。