CN106315096A - 一种仓储系统的智能控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种仓储系统的智能控制装置，包括货架驱动部、灯控部、车控部、存储部、无线通讯部、显示部。取货时首先控制立体旋转式货架将货物运转至取货处，再点亮LED灯组指引智能循迹蔽障车至取货处，通过检测识别图像进一步精确调整车的位置，最后在位置传感器检测货物两侧边缘的指引下控制机械臂抓取货物至车身容纳框。该控制装置能远距离遥控及自动化智能化操作，以及无线视频监控，自动搬运货物更加智能、安全、方便。

Description

一种仓储系统的智能控制装置
技术领域
本发明涉及物流仓储领域，尤其涉及一种现代物流仓储系统自动化控制装置。
背景技术
现有技术中的仓储系统里，普通货架笨重，货架设计的高度尺寸固定，存在许多不合理以及不人性化之处。货物存放在普通货架上，货物摆放杂乱无章，物流人员挑选搬运货物必须在货架上多次寻找，需要消耗工作人员大量的精力。大中型物流中转站使用的货架，上层货物需要搭积梯子才能挑选，其一容易出现安全事故，造成更多的隐患。其二不便于工作人员的操作。浪费大量的时间和人力。下层的货物需要快递工作员弯腰挑选和搬运，造成了快递人员诸多不便与困扰，无形中加大了劳动量和劳动成本。整体的仓储系统管理不够系统化和智能化，而某些自动化控制的仓储系统在操作的便捷度，控制的精细度上均不完善。
发明内容
本发明为了完善现代物流仓储系统，提出一种人工参与度更低、控制更精细、操作更方便的物流仓储系统的自动化控制装置。本发明具体采用如下技术方案：
货架驱动部，用于与各个旋转货架的货架控制单元进行无线通讯，以及向货架控制单元发送取货指令；
灯控部，用于点亮或关闭LED灯组；
车控部，用于与智能循迹蔽障车进行无线通讯，并控制智能循迹蔽障车的启动或停止，以及接收智能循迹蔽障车发送回的信息；
存储部，其存储有从智能循迹蔽障车出发点至各个货架取货处的各条预设的线路，各条线路均没有重复部分；
无线通讯部，其用于智能控制装置与各个旋转货架、智能循迹蔽障车的无线通讯连接；
显示部，用于显示智能循迹蔽障车传回的图像数据；
货架驱动部发出取货指令后，货架控制单元控制待取货物的载货台运转至取货处，同时智能控制装置调取存储模块中与本次取货对应的取货路径，灯控部控制取货路径上的LED灯组点亮，并保持非取货路径上的LED灯组关闭；在LED灯组点亮后，车控部通过无线通讯模块给智能循迹蔽障车发送启动指令，车内单片机接收到指令后启动电机驱动车轮转动，光传感器感测LED灯组发出的光线，智能循迹蔽障车沿着LED灯组点亮的光线路径行驶；智能循迹蔽障车到达目标取货处后，启动摄像头拍摄前方图像，摄像头将拍摄数据传递给车内图像处理单元，当图像处理单元检测到拍摄数据中存在预设的识别图像时，车内单片机计算智能循迹蔽障车与识别图像的水平方向位置偏差，并根据水平方向位置偏差控制启动电机驱动智能循迹蔽障车移动，当水平方向位置偏差为零时使车停止；智能循迹蔽障车停止后，单片机控制设置在车身两侧的左机械臂和右机械臂将货物放进设置在车身的容纳框。
优选地，在智能循迹蔽障车从出发点至货架取货处的途中，若障碍检测传感器检测到车前方有障碍时，单片机控制启动电机停止，并通过摄像头拍摄前方图像，然后通过无线视频发送模块将拍摄的前方图像发送给智能控制装置，前方图像在显示部中显示，工作人员根据显示的图像情况进行相应的清障处理；若没有检测到障碍或检测到障碍已清除，智能循迹蔽障车沿着取货路径至取货处。
优选地，单片机控制左机械臂和右机械臂将货物放进容纳框的方式为，首先利用左机械臂和右机械臂上的位置传感器分别对货物两侧边缘进行检测，当确认货物两侧边缘位置后，单片机控制左机械臂和右机械臂伸展至货物两侧边缘处并抓紧两侧边缘，单片机再控制伸缩电机使左机械臂和右机械臂将货物放进容纳框。
优选地，所述旋转货架包括第一竖直立架和第二竖直立架；还包括分别设置在所述第一竖直立架和所述第二竖直立架上的环形导轨；环形导轨上分别设置有传动链条，所述第一竖直立架和所述第二竖直立架之间设置有多个载货台，每个载货台和传动链条之间由支撑架连接，所述传动链条连接有齿轮组；还包括驱动电机，所述驱动电机通过驱动所述齿轮组转动进而带动所述传动链条运动，从而实现多个载货台在第一竖直立架和第二竖直立架之间沿环形导轨垂直往复运动；还包括货架控制单元，其内部设有无线通讯模块，用于接收指令，控制驱动电机运转。
优选地，所述智能循迹蔽障车的车头设置有障碍检测传感器、光传感器和摄像头，车体内部设置有蓄电池、启动电机、转向电机、单片机、充电接口、充电保护装置、无线信号接收模块、无线视频发送模块、图像处理模块；车体内部设置有用于控制左右机械臂伸缩的伸缩电机。
优选地，所述识别图像设置于每个所述旋转货架底部靠近取货处，所述识别图像包括一黑色矩形区域，该区域内部放置两组大小不同的白色正方形，包括3个大正方形，6个小正方形，3个大正方形分别位于矩形区域的三个角处，其中一小正方形位于黑色矩形区域中心，另一小正方形位于矩形区域剩下的一个角处，其余小正方形设置在位于黑色矩形区域中心的小正方形周围，所有大小正方形互相没有重叠部分。
优选地，所述LED灯组均匀布置在各条预设的线路上。
优选地，图像处理单元检测拍摄数据中是否存在识别图像的方法为：首先对拍摄数据进行外部轮廓识别，判断是否存在四边形区域，如果有，然后对所有四边形区域进行内部轮廓识别，再进一步判断是否存在内部轮廓数量为9个的四边形区域，如果有，则判定存在所述识别图像。
本发明具有如下有益效果：
（1）采用立体旋转式货架，极大提高了货物储存空间，智能控制货架的运转，方便存货取货。
（2）采用LED灯对智能循迹蔽障车进行导航，然后采用识别图像对智能循迹蔽障车进行更精确的定位，在机械臂上设置位置传感器使机械臂能更准确地对应货物边缘。
（3）该控制装置能远距离遥控及自动化智能化操作，以及无线视频监控，自动搬运货物更加智能、安全、方便。
附图说明
图1 为本发明的装置结构图。
图2 为本发明的货架结构示意图。
图3 为本发明的智能循迹蔽障车结构示意图。
图4 为智能循迹蔽障车的取货导向图。
图5 为识别图像的解析流程图。
具体实施方式
如图1所示，智能控制装置包括货架驱动部、灯控部、车控部、存储部、无线通讯部、显示部。其中货架驱动部用于与各个旋转货架的货架控制单元进行无线通讯，以及向货架控制单元发送取货指令；灯控部，用于点亮或关闭LED灯组；车控部，用于与智能循迹蔽障车进行无线通讯，并控制智能循迹蔽障车的启动或停止，以及接收智能循迹蔽障车发送回的信息；存储部，其存储有从智能循迹蔽障车出发点至各个货架取货处的各条预设的线路，各条线路均没有重复部分；无线通讯部，其用于智能控制装置与智能循迹蔽障车、各个旋转货架的无线通讯连接；显示部，用于显示智能循迹蔽障车传回的图像数据。
如图2所示，旋转货架包括第一竖直立架1和第二竖直立架2；还包括分别设置在第一竖直立架和第二竖直立架上的环形导轨4；环形导轨上设置有传动链条，链条由链片，链架，垫片，滚轮，链帽组成，链架：链架与链片固定，垫片上有3个孔，位于中心的孔两两对称连接货架。在中间加入一个钢制连杆与对称的两个链架相固定。使货架悬挂并固定。垫片：保护并紧固整个环形外链条。滚轮：由垫片固定后在整个环形导轨上滚动。
第一竖直立架1和第二竖直立架2之间设置有多个载货台3，每个载货台3和传动链条之间由支撑架5连接。传动链条连接有齿轮组；齿轮分为主齿轮与副齿轮：主齿轮：与下部分的副齿轮相连接在同一圆轴上。副齿轮：分为上下两部分，由小齿轮构成，每两个小齿轮与钢制圆轴相连且固定。上下部分用链条连接，实现传动。
还包括驱动电机，所述驱动电机通过驱动所述齿轮组转动进而带动所述传动链条运动，从而实现多个载货台在第一竖直立架和第二竖直立架之间沿环形导轨垂直往复运动；还包括货架控制单元，其内部设有无线通讯模块，用于接收指令，控制驱动电机运转。货架模型使用的电机为市场常用的电动可变速电机。理想实物电机选用安全，大功率的可变式交流电动机。电机置于货架的外侧与转换器相连。作为整个系统的动力源。电机通过齿轮把动力传递给链条，链条带动货架旋转。
如图3所示，智能循迹蔽障小车的车头设置有障碍检测传感器9、光传感器11和摄像头10，车身设置有容纳框8，车体内部设置有蓄电池，启动电机，转向电机，单片机，充电接口，充电保护装置，无线信号接收模块，无线视频发送模块，图像处理模块，内部电路由控制电路、电源及充电管理电路、光源检测循迹电路、红外蔽障电路和电机驱动电路等组成。系统控制电路采用ARM作为主控单元，负责整个电路的资源分配以及对各电路信号的采集、分析及处理。配置了外部晶振以及蜂鸣器。同时还配置了做功能扩展的端口。
ARM复位电路以及电容退耦电路。复位电路为RC复位，即上电就会对CPU进行一次复位。退耦电容均采用陶瓷贴片电容，退耦效果好，提高ARM的抗干扰能力。
电源及充电管理单元设计：电源及充电管理单元集成了电池充电、升压以及外电输入一体。充电部分：能智能识别电池电压并调整合适的电流对电池充电，当给电池充满电时（4.2V）停止充电。升压部分：能把电池输出的电压升到恒定的5伏电压供设备使用。升压效率达到90%以上。 另外该电路还能对电池或者外电智能无缝切换电压。
小车供电后，检测由地面LED发出的光，经光传感器11转换成电信号，传入单片机，再由单片机处理，最终完成循迹功能。
障碍检测传感器9检测到车前方有障碍时，单片机控制启动电机停止，并通过摄像头10拍摄前方图像，然后通过无线视频发送模块将拍摄的前方图像发送给智能控制装置，智能控制装置将前方图像在显示模块显示，工作人员根据显示模块的图像情况进行相应的清障处理。
电机驱动电路主要采用芯片L293来直接驱动电机。L293为单块集成电路高电压、高电流、四通道驱动，其额定工作电流为1A，最大可达1.5A。可直接对电机进行控制无须隔离电路。L293从ARM那接受指令来直接控制电机的工作状态。可以对电机进行正、反转，停止操作，非常简便。
车体左右两侧分别设有可以伸缩的左、右机械臂6，左机械臂和右机械臂上分别设有用于检测货物边缘位置的位置传感器7，左机械臂和右机械臂分别用于抓取货物的左右两侧边缘，车体内部设置有用于控制左右机械臂伸缩的伸缩电机。机械臂6的主要工作就是根据收到的指令，抓取指定货架上的货物放到小车上，或者从小车上抓取货物放在指定的货架上。此机械臂使用32路伺服舵机控制器和嵌入式主控单元作为控制系统，每个关节都可在规定的范围内运动，通过向嵌入式主控单元发送动作指令，可给伺服舵机控制器发送控制指令信号，从而实现机械臂在空间内精确作业，现把机械臂放在仓储，快递行业中，可以代替人工完成一些快速的，频繁的，机械化的动作。大大提高工作效率，且节省了人工成本。可以实时修改控制指令，精确地完成每一项任务。
识别图像，其设置于每个所述旋转货架底部靠近取货处，所述识别图像包括一黑色矩形区域，该区域内部放置两组大小不同的白色正方形，包括3个大正方形，6个小正方形，3个大正方形分布于黑色矩形区域的三个角，并分别标记正方形中心点为M1、M2、M3，一小正方形位于黑色区域剩下的那个角并标记其中心点为m2，另一小正方形位于黑色矩形区域中心并标记其中心点为m1，剩余的四个小正方形对称设置在m1的四周，M2和M3的连线以及M1和m2的连线均经过m1，9个正方形互相没有重叠部分，如图5（a）所示。
LED组件主要功能是完成地面LED路径指示功能。如待取货物存放在2号货架，则中央控制单元控制LED组件将智能小车至2号货架所运行路线的LED灯点亮，如图4所示。
智能循迹蔽障车到达目标取货处后，启动摄像头，摄像头将拍摄数据传递给图像处理单元，图像处理单元检测到拍摄数据中是否存在所述识别图像，方法为：首先对拍摄数据进行外部轮廓识别，判断是否存在四边形区域，如果有，然后对所有四边形区域进行内部轮廓识别，再进一步判断是否存在内部轮廓数量为9个的四边形区域，如果有，则判定存在所述识别图像。单片机计算智能循迹蔽障车与识别图像的水平方向位置偏差，计算方法为首先确定3个定位点、、，在比较向量、、的模，确定模最大的两个点的坐标为、，如图5（b）所示。由识别图像特点可知向量所确定的直线方程经过图像的中心点，如图5（c）确定了中心的坐标。向量所确定的直线方程经过点，如图5（d）确定了识别图像右下角关键点坐标，由点的坐标确定智能循迹蔽障车与识别图像的水平方向位置偏差。并根据水平方向位置偏差控制启动电机驱动智能循迹蔽障车移动，当水平方向位置偏差为零时使车停止。
智能循迹蔽障车停止后，左机械臂和右机械臂上的位置传感器分别对货物两侧边缘进行检测，当确认货物两侧边缘位置后，单片机控制所述伸缩电机运转，使左机械臂和右机械臂伸展至货物两侧边缘处并抓紧两侧边缘，单片机再控制伸缩电机使左机械臂和右机械臂将货物放进容纳框8。

Claims (8)

1.一种仓储系统的智能控制装置，该装置包括：
货架驱动部，用于与各个旋转货架的货架控制单元进行无线通讯，以及向货架控制单元发送取货指令；
灯控部，用于点亮或关闭LED灯组；
车控部，用于与智能循迹蔽障车进行无线通讯，并控制智能循迹蔽障车的启动或停止，以及接收智能循迹蔽障车发送回的信息；
存储部，其存储有从智能循迹蔽障车出发点至各个货架取货处的各条预设的线路，各条线路均没有重复部分；
无线通讯部，其用于智能控制装置与智能循迹蔽障车、各个旋转货架的无线通讯连接；
显示部，用于显示智能循迹蔽障车传回的图像数据；
其特征在于，
货架驱动部发出取货指令后，货架控制单元控制待取货物的载货台运转至取货处，同时智能控制装置调取存储模块中与本次取货对应的取货路径，灯控部控制取货路径上的LED灯组点亮，并保持非取货路径上的LED灯组关闭；在LED灯组点亮后，车控部通过无线通讯模块给智能循迹蔽障车发送启动指令，车内单片机接收到指令后启动电机驱动车轮转动，光传感器感测LED灯组发出的光线，智能循迹蔽障车沿着LED灯组点亮的光线路径行驶；智能循迹蔽障车到达目标取货处后，启动摄像头拍摄前方图像，摄像头将拍摄数据传递给车内图像处理单元，当图像处理单元检测到拍摄数据中存在预设的识别图像时，车内单片机计算智能循迹蔽障车与识别图像的水平方向位置偏差，并根据水平方向位置偏差控制启动电机驱动智能循迹蔽障车移动，当水平方向位置偏差为零时使车停止；智能循迹蔽障车停止后，单片机控制设置在车身两侧的左机械臂和右机械臂将货物放进设置在车身的容纳框。
2.如权利要求1所述的仓储系统的智能控制装置，其特征在于：
在智能循迹蔽障车从出发点至货架取货处的途中，若障碍检测传感器检测到车前方有障碍时，单片机控制启动电机停止，并通过摄像头拍摄前方图像，然后通过无线视频发送模块将拍摄的前方图像发送给智能控制装置，前方图像在显示部中显示，工作人员根据显示的图像情况进行相应的清障处理；若没有检测到障碍或检测到障碍已清除，智能循迹蔽障车沿着取货路径至取货处。
3.如权利要求1所述的仓储系统的智能控制装置，其特征在于：
单片机控制左机械臂和右机械臂将货物放进容纳框的方式为，首先利用左机械臂和右机械臂上的位置传感器分别对货物两侧边缘进行检测，当确认货物两侧边缘位置后，单片机控制左机械臂和右机械臂伸展至货物两侧边缘处并抓紧两侧边缘，单片机再控制伸缩电机使左机械臂和右机械臂将货物放进容纳框。
4.如权利要求1-3所述的仓储系统的智能控制装置，其特征在于：
所述旋转货架包括第一竖直立架和第二竖直立架；还包括分别设置在所述第一竖直立架和所述第二竖直立架上的环形导轨；环形导轨上分别设置有传动链条，所述第一竖直立架和所述第二竖直立架之间设置有多个载货台，每个载货台和传动链条之间由支撑架连接，所述传动链条连接有齿轮组；还包括驱动电机，所述驱动电机通过驱动所述齿轮组转动进而带动所述传动链条运动，从而实现多个载货台在第一竖直立架和第二竖直立架之间沿环形导轨垂直往复运动；还包括货架控制单元，其内部设有无线通讯模块，用于接收指令，控制驱动电机运转。
5.如权利要求1-4所述的仓储系统的智能控制方法，其特征在于，所述智能循迹蔽障车的车头设置有障碍检测传感器、光传感器和摄像头，车体内部设置有蓄电池、启动电机、转向电机、单片机、充电接口、充电保护装置、无线信号接收模块、无线视频发送模块、图像处理模块；车体内部设置有用于控制左右机械臂伸缩的伸缩电机。
6.如权利要求1-5所述的仓储系统的智能控制方法，其特征在于，所述识别图像设置于每个所述旋转货架底部靠近取货处，所述识别图像包括一黑色矩形区域，该区域内部放置两组大小不同的白色正方形，包括3个大正方形，6个小正方形，3个大正方形分别位于矩形区域的三个角处，其中一小正方形位于黑色矩形区域中心，另一小正方形位于矩形区域剩下的一个角处，其余小正方形设置在位于黑色矩形区域中心的小正方形周围，所有大小正方形互相没有重叠部分。
7.如权利要求1-6所述的仓储系统的智能控制方法，其特征在于，所述LED灯组均匀布置在各条预设的线路上。
8.如权利要求1-7所述的仓储系统的智能控制方法，其特征在于，图像处理单元检测拍摄数据中是否存在识别图像的方法为：首先对拍摄数据进行外部轮廓识别，判断是否存在四边形区域，如果有，然后对所有四边形区域进行内部轮廓识别，再进一步判断是否存在内部轮廓数量为9个的四边形区域，如果有，则判定存在所述识别图像。
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