CN107053185A - 一种基于stm32机器人的货架快递智能取发系统 - Google Patents

Abstract

一种基于STM32机器人的货架快递智能取发系统，包括具有凹槽滑道的快递货架，具有识别、通信、机械运动功能的机器人，待取快递包裹有对应规定的编码以及快递包裹表面有条形码、二维码。机器人包括STM32芯片、检测识别验证模块、无线通信模块、驱动控制模块、机械控制模块、报警控制模块、电源及蓄电模块。本发明通过具有凹槽滑道的货架以及安装有刹车系统的车轮智能机器人，极大方便了在货架高处取发快递包裹，增强取发快递的可靠性，精确性，快速高效性；本发明提供的基于机器人的货架快递智能取发系统，用智能机器人代替人员取发货架上快递，提高了安全性，同时也提高了货架高层空间的利用率，减轻了工作人员的身体压力。

Description

一种基于STM32机器人的货架快递智能取发系统

技术领域

本发明属于智能机器人技术领域，涉及机器人的货架快递智能取发系统。

背景技术

随着淘宝、天猫等重大商业购物平台的深入人们的生活，网购早已经遍及千家万户，随着人们生活水平、经济水平的提高，人们的购买网购行为极大刺激着快递物流行业的发展，每当重要节假日如国庆节、双十一等，一夜之间就可以达到几百亿的交易额，庞大的数字背后是不计其数的快递包裹，当这些包裹在派送到当地快递网点，如何利用现有的资源最大可能的安全摆放快递包裹，切实保证快递包裹取发的可靠性，以及解决取发的高效率性问题，成为快递行业发展不得不重视的实际问题之一。

目前绝大多数快递都是采用货架式的摆放，而且货架一般都不会太高，避免在人工取发快递包裹因为货架过高而造成的不便与不安全因素。然而，当今机器人可以代替人工从事许多活动，工业机器人，医疗护理机器人等表明，加以研究，机器人同样可以在快递服务行业得到很好的运用，代替人工，通过相关功能实现可以提高安全可靠性、高效性，同时可以适当增加货架高度，提高空间利用率，节约资源。反之，如果快递包裹取发的安全可靠高效性得不到解决，必将限制快递行业的发展。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种基于STM32机器人的货架快递智能取发系统，能够实现快递包裹的安全、可靠、高效率取发，同时也提高了快递网点的空间利用率。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种基于STM32机器人的货架快递智能取发系统，所述系统包括具有凹槽滑道的快递货架，具有识别、通信、机械运动功能的机器人，待取快递包裹有对应规定的编码以及快递包裹表面有条形码、二维码。

本发明所述的机器人包括机器人控制芯片、检测识别验证模块、通信模块、定位模块、驱动控制模块、机械控制模块、报警控制模块、电源及蓄电模块；

检测识别验证模块包括红外测距模块、语音采集模块、随机数产生模块、扫描终端显示模块；

通信模块包括无线通信模块、PC管理终端、用户终端；

定位模块包括全场定位模块、避障控制模块；

驱动控制模块包括电机驱动模块、伺服电机驱动模块、加速度控制模块；

机械控制模块包括刹车控制模块、升降杆控制模块、机械臂控制模块。

其中，机器人控制芯片和检测识别模块通过相关电平判断相互联系，进而控制无线通信模块与PC管理终端的通信、全场定位模块、驱动控制模块、机械控制模块；由检测识别验证模块、无线通信模块获得的结果经由数字信号处理模块处理得到控制信号，并将该控制信号反馈发送到机器人控制芯片，进而将得到的结果控制全场定位模块、驱动模块、机械控制模块；无线通信系统接收机器人控制芯片发出的信息并传给用户手持终端，无线通信系统接收用户手持终端发送的信息并传给全场定位模块、驱动控制模块、机械控制模块、以及报警控制模块。

本发明所述的机器人优选头顶装有收发天线、眼睛里装有识别条形码的条码扫描器和能识别二维码和拍照的像头、拥有机械臂、胸前安装有两组四个水平固定方向的车轮、腹腔内安装有一套刹车系统，其延伸出来的两组刹车皮互相平行、可以升降一定高度的伸缩腿杆、可随意弯曲的机械膝腿和脚前端都安装有车轮。

本发明所述的基于机器人的货架快递智能取发系统首先通过红外测距判断是否有用户存在，然后进行语音交流，经由数字信号处理模块从中获知用户是否取快递，在确认用户需要取快递后先让用户输入验证码，然后机器人启动无线通信模块通过wifi、3G、4G等通讯方式调取PC终端数据库中用户快递相关信息，通过随机序列模块产生验证码并且调用无线通信模块与用户终端通过2G、3G、4G、wifi等通讯方式取得联系，用户终端接收到随机序列模块发送的随机序列验证码，让用户在机器人控制扫描显示模块中的按键模块输入验证码，机器人控制芯片会根据验证码判断后选择开始控制后续全场定位模块、驱动控制模块、机械控制模块、或者控制报警模块。

本发明所述的机器人控制芯片为STM32芯片。

本发明所述数字处理模块芯片优选TMS320F28335芯片。

本发明所述的无线通信模块芯片优选SIM900A芯片和TLN13UA06芯片。

本发明伺服电机驱动模块中电压控制电路芯片优选采用LM2940芯片。

本发明电机驱动控制模块驱动电路芯片优选采用H桥集成电路芯片L298。

本发明光电传感器优选采用RPR220反射式红外光电传感器。

本发明光电检测电路芯片优选采用LM339电压比较器。

本发明刹车控制系统优选采用V刹系统。

本发明倾角传感器优选采用SCA100T-D02。

本发明压力传感器优选SCA2095。

本发明所述的速度传感器、倾角传感器、压力传感器、红外光电传感器均与机器人控制芯片连接。

本发明所述的机械臂控制模块包括机械臂、机械手夹、机械腿臂、V刹系统，所述的机械臂，机械手夹、机械腿臂、V刹系统均与机器人控制芯片连接。

本发明所述的电源及蓄电模块包括电源检测、蓄电池、备用太阳能电池、及太阳能板。所述的蓄电池和备用太阳能电池均与驱动模块相连。

本发明所述的驱动模块的电机优选直流电动机，所述的直流电动机与机器人控制芯片连接。

本发明所述的语音采集模块芯片优选LCD3320，所述的芯片与机器人控制芯片连接。

本发明所述的控制扫描显示器包括LED液晶显示屏幕、按键、条码扫描器，所述的屏幕、按键、条码扫描器均与机器人控制芯片连接。

本发明所述的全场定位模块包括北斗定位、陀螺仪定位，所述的北斗定位、陀螺仪定位均与机器人控制芯片连接。

本发明所述的货架每两级之间的距离为机器人胸前两组相对车轮之间的距离，每级挡板上具有凹槽滑道，滑道边缘具有一定厚度可供两组V刹车皮刹车夹紧或放松。

本发明的基于机器人的货架快递智能取发系统具备的优点：用智能机器人取代人工取发快递，节省人力，提高了空间利用率，大大增强了可靠性。

(1)通过随机序列模块产生的随机序列验证码，有效防止了取件人的非法性，经由机器人眼睛里条码扫描器可以快速扫描确定包裹，再进过眼睛扫描二维码，从数据库中调取包裹信息进行匹配，三重信息匹配，大大提高了可靠性。

(2)人工在取发货架高层快递时，往往借助椅子，板凳之类的物件，但是由于快递网点人力资源问题导致不能经常有人扶住椅子板凳等物件，导致在取发货架高层快递时存在极大的安全隐患，将货架进行稍稍的改装，在货架每级挡板和侧面安装好预先设置好的凹槽滑道，让机器人代替人工取发高层货架快递，有效避免了安全隐患，同时机器人自身设计的升降功能更有助于取发高层货架快递，同时可以货架可以做的更高更大，大大提高了快递网点的空间利用率。

(3)机器人的膝盖可以任意弯曲且膝盖上安转有轮子，在从出发点去指定货架和从货架上取完包裹回到出发点时，机器人都是采用跪姿，利用膝盖和脚尖的车轮滑行，大大缩短了时间，提高了效率，通过数字信号处理模块分析取货号，首先通过优化算法和全场定位模块计算出平面上的最短路径，然后通过全场定位模块计算出高度，在机器人的升高允许范围内，可以采取升降腿臂的方法，包裹摆放位置存在一定偏差时，通过码图识别发生错误则启动胸部轮子和V刹系统的方式在当前位置两侧快速移动扫码或者扫描条形码，这种通过凹槽滑道到达指定位置或者在指定位置两侧滑动，极大提高了灵活性和效率。

附图说明

图1是本发明基于机器人货架快递智能取发系统的主要结构示意图。

图2是本发明基于机器人货架快递智能取发系统的机器人结构图。

图3是本发明基于机器人货架快递智能取发系统的货架结构图。

图4是本发明基于机器人货架快递智能取发系统的检测识别验证模块流程图。

图5是本发明基于机器人货架快递智能取发系统的全场定位模块流程图。

图6是本发明基于机器人货架快递智能取发系统的驱动控制模块流程图。

图7是本发明基于机器人货架快递智能取发系统的机械控制模块流程图。

图8是本发明基于机器人货架快递智能取发系统的电源及蓄电模块流程图。

图9是本发明基于机器人货架快递智能取发系统的报警控制模块流程图。

图10是本发明基于机器人货架快递智能取发系统的整体系统控制结构图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1。

本发明提供的一种基于STM32机器人的货架快递智能取发系统，系统包括具有凹槽滑道的快递货架，安装有车轮的机器人，待取快递包裹的位置有对应规定的编码以及快递包裹表面有条形码、二维码；

如图2所示，机器人包括头部、胸腹部、机械臂和腿部。机器人的头顶有两根天线，用作无线通信时收发天线；机器人的两只眼睛，一只眼睛安装有条码扫描器，另一只眼睛安装有二维码扫描识别像头；颈部可以360°自由旋转；胸部竖直上、下分别关于中央水平线对称放置两组车轮，两个车轮之间的水平距离为货架每两级挡板凹槽滑道之间的距离，胸部水平方左、右方向分别关于竖直线对称放置两组车轮，两组车轮之间的竖直距离为货架每两级挡板凹槽滑道之间的距离；在机器人的腹腔内安转有一套V刹系统，其延伸出来刹车皮水平对立放置在竖直方向的两端，且两组刹车皮的位置放置不影响两组车轮的放置；机器人的机械臂包括机械手臂和机械手钳，机械手臂连接在机器人胸腹部一中心轴对称的两侧；机器人的腿部上部分腿臂可以升降一定的高度，机器人的膝盖可以任意弯曲，且两个膝盖与腿部下部分交界面竖直方向安装有两个车轮，车轮在不弯曲时卡进下交界处，在弯曲时可以暴露出来，车轮滑行不受影响；两脚尖同样各安装有一个车轮，和膝盖弯曲时的车轮一同着地滑行。

实施例2。

如图3所示，基于STM32机器人的货架快递智能取发系统的快递货架只是在普通货架的基础上，每级挡板上安装了具有可供机器人胸部车轮滑动的凹槽滑道，且挡板具有一定的厚度边缘可供V刹系统的两组水平刹车皮刹车夹紧或放松。货架摆放的位置、货架上快递包裹的摆放位置都对应建立起空间坐标存储在PC终端管理数据库中可供机器人调用。

实施例3。

如图4所示，由于大多快递网点都是采用封闭空间留有取货窗口这种模式，故这里规定取件人只用站在窗口外某一规定的距离d0即可，机器人首先通过红外测距模块测出用户距离机器人的距离，进行判断，当不满足测的距离d＝d0时，系统复位，当检测结果满足距离条件时，

启动语言采集模块，通过机器人与取件人之间的语言交流，将获得的信息经由数字信号处理模块得出判断是否取快递的信息，不满足条件时，系统复位，当判断的信息为取快递时，

启动扫描显示终端，让用户通过按键输入取货号并显示在液晶屏上，进而机启动机器人和PC管理终端的无线通信模块，调用数据库获取匹配验证码的相关信息，如验证码，条形码，位置，手机号码等，然后调用随机数产生模块产生随机数验证码，并且启动机器人和用户手持终端的无线通信模块，将验证码发送至用户终端，再次调用扫描显示终端让取件人再次输入验证码，随后进行验证码匹配，如果匹配不成功，系统复位，若成功，继续后续操作，通过该模块的三重验证，大大提高了可靠性。

实施例4。

参照附图5。

一方面通过无线通信模块与PC管理终端取得联系，调用管理终端数据库，获取验证码对应的位置信息，另一方面通过机器人安装的GPS或者北斗定位系统，获取快递包裹的位置信息，

两个模块相关值参数更能反应快递包裹的位置信息，也方便后续的移动扫码验证。从获取的空间位置参数中先处理平面参数，通过调用平面路径算法计算出最优路径，然后从空间位置参数中获取空间方向的参数，调用空间路径算法，计算出最优路径，并将以上两个路径算法结果保存到存储器中，方便启动驱动模块后调用。

实施例5。

参照附图6。

驱动模块中电机驱动电路，伺服电机电压控制电路，以及红外光调制电路都之间与机器人控制芯片相连接，启动电机模块时，机器人控制芯片经过脉冲宽度调制产生PWM信号，该信号控制电机驱动电路，进而驱动电机运作，通过调整PWM信号不同占空比，进行加速度控制，进而控制机器人的后轮即脚尖处的车轮的前进方向和速度；启动伺服电机模块时，机器人控制芯片同样经过脉冲宽度调制产生PWM信号，该控制信号进而驱动伺服电机，通过调整PWM信号的不同占空比达到控制机器人转角的方向和速度目的。由于单片机的输出电流有限，无法直接驱动步进电机，和伺服电机进行工作，因此需要通过在电机的驱动电路和伺服电机的电压控制电路中采用H桥驱动芯片L298N的驱动方案，且伺服电机的电压控制电路中采用LM2940芯片。

实施例6。

参照附图7。

由于机器人取快递包裹的状态只有两种，一种是站立取快递，另一种是跪立取快递，该流程给出了流程如下，首先判断当前是否为站立状态，在这里先叙述判断为站立状态的情况，即当前状态为站立时，紧接着判断是否需要转为跪立状态，如果需要转为跪立状态，则机器人控制芯片读取由倾角传感器测得的数据，进而控制机械腿臂，首先驱动腿部伺服电机，腿部步进电机，以及液压伺服系统，相互协调，转为跪立状态，接着检测是否已经成功转为跪立状态，如果没有成功，则又返回倾角传感器检测，重新重复转为跪立的操作，如果成功转为跪立状态，则继续进行其他后续操作；如果不需要转为跪立的状态，首先保持当前直立状态，在此规定快递包裹的高度为h0，机器人当前高度为h0，首先判断h＝h0？，如果条件成立，则机器人控制芯片读取压力传感器测得的数据，进而控制V刹系统，保证机器人不回脱离滑道，进而驱动机器人胸部车轮，不断调整V刹系统，保证机器人不会脱离滑道且可以移动。进而启动后续的检测识别快递模块。如果条件不成立，则接着判断h>h0，如果满足条件，则启动伸缩腿杆，降低高度，如果不满足条件则升高高度，将结果反馈回初始条件判断h＝h0？处，进行循环访问。下面叙述判断为不为站立的状态，即跪立状态，紧接着判断是否需要转为直立状态，如果需要转为直立状态，则机器人控制芯片读取由倾角传感器测得的数据，进而控制机械腿臂，首先驱动腿部伺服电机，腿部步进电机，以及液压伺服系统，相互协调，转为直立状态，接着检测是否已经成功转为直立状态，如果没有成功，则又返回倾角传感器检测，重新重复转为直立的操作，如果成功转为直立转态，则继续进行后续其他操作；如果不需要转为直立的状态，首先保持当前直立状态，同样在此规定快递包裹的高度为h0，机器人当前高度为h，首先判断h＝h0？，如果条件成立，则机器人控制芯片读取压力传感器测得的数据，进而控制V刹系统，保证机器人不回脱离滑道，进而驱动机器人胸部车轮，不断调整V刹系统，保证机器人不会脱离滑道且可以移动。进而启动后续的检测识别快递模块。如果条件不成立，则接着判断h>h0，如果满足条件，则启动伸缩腿杆，降低高度，如果不满足条件则升高高度，将结果反馈回初始条件h＝h0？处，进行循环访问。

实施例7。

参考附图8。

电源及蓄电模块由两部分组成，一部分为可充电蓄电池，另一部分为太阳能蓄电池，两种电池和机器人控制芯片均与电压检测模块连接，电压检测模块检测出当前电量并将检测电压信号发送给机器人控制芯片，当机器人控制芯片根据该检测信号判断蓄电池的剩余电量低于预设值时，启动报警模块，当低于一定电量时则需要进行充电，可以采取两种充电方式，第一种给蓄电池充电，另一种则是利用太阳能给太阳能电池充电，当今这两种电池及相关技术运用已经相当娴熟，在此不再赘述。

实施例8。

参考附图9。

该报警模模块随着系统一步步运行会逐次使用，如图所示首先判断d＝d0？条件时，当判断结果为否时，则启动语言模块提示取件人退回安全线，并且调用定时器模块，限定取件人在规定时间内退回d0位置，如果限定时间已经到达，则再次判断取件人是否退回，如果还没有退回则启动眼睛摄像头对取件人进行拍照，存储至存储寄存器，然后启动与PC管理终端无线通信模块，告知管理员并上传照片，待管理员现场确认。若取件人退回h0位置，则再次启动d＝d0？循环判断。当首先判断d＝d0？的判断结果为是时，则进步判断取件人是否取快递，若判断结果为否，则启动语言劝离，并限定在一定时间内进行，并循环回至d＝d0？初始条件判断处。若判断结果为是，则在取件人输入取货号后，调用数据库信息进行匹配后，发送验证码至取货码对应的手机，待取件人输入的验证码能成功匹配时，启动其他模块，到达指定快递位置，进行图码识别，若验证码不能成功匹配，则返回到初始条件d＝d0？处循环判断。当图码匹配不成功时，再次调用摄像头拍照，存储至存储寄存器，然后启动与PC管理终端无线通信模块，告知管理员并上传照片，待管理员现场确认并进行人工处理；若匹配成功，则启动相关模块，在完成取货操作后，利用摄像头拍照确定是否有空闲位置，如果有空闲位置，则启动无线通信模块并告知PC管理终端已经完成快递签收任务并在淘宝终端显示快递已经签收。然后PC管理终端调用数据库获取其他需要被摆放快递信息，向机器人发出指令信息，补齐空余货架；在等待状态时，则启动电路检测模块，当检测出电量不足时，则可以采取两种方式立即充电，一种采用太阳能充电，另一只则是发出语音警告，提醒工作人员对机器人进行充电。

实施例9。

参考附图10

该图为系统控制结构图，检测识别验证模块，全场定位模块，驱动控制模块，机械控制模块，电源及蓄电模块，以及报警控制模块均与机器人控制芯片相连接，其中各个传感器相互协调工作，红外光电传感器将测得距离数据分别发送机器人控制芯片，倾角传感器则将测得的倾角数据发送机器人控制芯片，压力传感器将测得的压力数据传送发送机器人控制芯片，机器人控制芯片更加实际接收到的控制信号分别控制相应模块，而电源及蓄电模块作为整个系统的心脏，采用双电源的模式，且可利用太阳能充电，能节约电力资源，各个模块之间的互相协调合作由主程序进行控制，整个系统的正常运作，将机器人代替人工从事快递的取发，特别是对于货架式的快递网点，采用此系统有着巨大的应用前景，而且减轻了人工的压力，基于系统的验证识别模块，大大提高了取快递人身份验证的可靠性；基于系统机器人车轮式的结构设计，大大提高了快递流动的速度，大大提高了效率；基于系统机器人升降腿设计，不仅解决了人工取发快递时的不便与不安全问题，而且在此系统的基础上可以增高货架的高度，大大提高了快递网点的空间利用率。

需要注意的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字、流程图、配图叙述，但是这些内容的描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明专利设计思路的组合、增加或修改、均落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于STM32机器人的货架快递智能取发系统，其特征是包括具有凹槽滑道的快递货架，具有识别、通信、机械运动功能的机器人，待取快递包裹有对应规定的编码以及快递包裹表面有条形码、二维码；

所述的机器人包括机器人控制芯片、检测识别验证模块、通信模块、定位模块、驱动控制模块、机械控制模块、报警控制模块、电源及蓄电模块；

检测识别验证模块包括红外测距模块、语音采集模块、随机数产生模块、扫描终端显示模块；

通信模块包括无线通信模块、PC管理终端、用户终端；

定位模块包括全场定位模块、避障控制模块；

驱动控制模块包括电机驱动模块、伺服电机驱动模块、加速度控制模块；

机械控制模块包括刹车控制模块、升降杆控制模块、机械臂控制模块；

其中，机器人控制芯片和检测识别模块通过相关电平判断相互联系，进而控制无线通信模块与PC管理终端的通信、全场定位模块、驱动控制模块、机械控制模块；由检测识别验证模块、无线通信模块获得的结果经由数字信号处理模块处理得到控制信号，并将该控制信号反馈发送到机器人控制芯片，进而将得到的结果控制全场定位模块、驱动控制模块、机械控制模块；无线通信系统接收机器人控制芯片发出的信息并传给用户手持终端，无线通信系统接收用户手持终端发送的信息并传给全场定位模块、驱动模块、机械控制模块、以及报警控制模块；

所述的机器人控制芯片为STM32芯片；

所述的机器人为头顶装有收发天线、眼睛里装有识别条形码的条码扫描器和能识别二维码和拍照的像头、拥有机械臂、胸前安装有两组四个水平固定方向的车轮、腹腔内安装有一套刹车系统，其延伸出来的两组刹车皮互相平行、可以升降一定高度的伸缩腿杆、可随意弯曲的机械膝腿和脚前端都安装有车轮；

系统首先通过红外测距判断是否有用户存在，然后进行语音交流，经由数字信号处理模块从中获知用户是否取快递，在确认用户需要取快递后先让用户输入验证码，然后机器人启动无线通信模块通过wifi、3G、4G等通讯方式调取PC终端数据库中用户快递相关信息，通过随机序列模块产生验证码并且调用无线通信模块与用户终端通过2G、3G、4G、wifi等通讯方式取得联系，用户终端接收到随机序列模块发送的随机序列验证码，让用户在机器人控制扫描显示模块中的按键模块输入验证码，机器人控制芯片会根据验证码判断后选择开始控制后续全场定位模块、驱动控制模块、机械控制模块、或者控制报警模块。

2.根据权利要求1所述的基于STM32机器人的货架快递智能取发系统，其特征是所述的机械臂控制模块包括机械臂、机械手夹、机械腿臂、V刹系统，所述的机械臂，机械手夹、机械腿臂、V刹系统均与STM32连接。

3.根据权利要求1所述的基于STM32机器人的货架快递智能取发系统，其特征是所述的电源及蓄电模块包括电源检测、蓄电池、备用太阳能电池及太阳能板；所述的蓄电池和备用太阳能电池均与驱动模块相连。

4.根据权利要求1所述的基于STM32机器人的货架快递智能取发系统，其特征是所述的驱动模块的电机为直流电动机。

5.根据权利要求1所述的基于STM32机器人的货架快递智能取发系统，其特征是所述的控制扫描显示器包括LED液晶显示屏幕、按键、条码扫描器。

6.根据权利要求1所述的基于STM32机器人的货架快递智能取发系统，其特征是所述的全场定位模块包括北斗定位、陀螺仪定位。