CN108717297A - 智能物品搬送控制系统和搬送车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能物品搬送控制系统和搬送车，所述系统包括：超声波传感器，用于获取待搬送物品的距离信息；灰度传感器，用于获取待搬送物品的灰度信息；红外感应器，用于获取搬送车的侧方环境的红外感应信息；图像处理模块，用于获取搬送车的前方环境的边缘检测视图；主控模块，主控模块分别与超声波传感器、灰度传感器、红外感应器和图像处理模块相连，主控模块用于根据距离信息控制搬送车夹取待搬送物品，并根据灰度信息判断待搬送物品的类别，以及根据红外感应信息和边缘检测视图控制搬送车进行避障；通信模块，通信模块与主控模块相连，并与上位机进行通信连接，主控模块通过通信模块将搬送车的搬送信息发送至上位机。

Description

智能物品搬送控制系统和搬送车

技术领域

本发明涉及智能控制技术领域，具体涉及一种智能物品搬送控制系统和一种搬送车。

背景技术

在目前科技高速发展的大背景下，对于例如快递行业、运输行业来说，物品分拣及归类收集并且相关数据的实时传送对于该类行业发展来说变得越来越重要。如何快速有效地进行物品搬送，成为该类行业未来发展的重要研究课题。

发明内容

本发明为解决目前物品搬送效率不高、耗费人力、信息采集与传输不便的技术问题，提供了一种智能物品搬送控制系统和一种搬送车。

本发明采用的技术方案如下：

一种智能物品搬送控制系统，包括：超声波传感器，所述超声波传感器用于获取待搬送物品的距离信息；灰度传感器，所述灰度传感器用于获取所述待搬送物品的灰度信息；红外感应器，所述红外感应器对应搬送车的侧部设置，用于获取所述搬送车的侧方环境的红外感应信息；图像处理模块，所述图像处理模块对应所述搬送车的前部设置，用于获取所述搬送车的前方环境的边缘检测视图；主控模块，所述主控模块分别与所述超声波传感器、所述灰度传感器、所述红外感应器和所述图像处理模块相连，所述主控模块用于根据所述距离信息控制所述搬送车夹取所述待搬送物品，并根据所述灰度信息判断所述待搬送物品的类别以确定所述搬送车向搬送终点、搬送起点的行进路线，以及根据所述红外感应信息控制所述搬送车进行侧面避障，并根据所述边缘检测视图控制所述搬送车进行正面避障；通信模块，所述通信模块与所述主控模块相连，并与上位机进行通信连接，所述主控模块通过所述通信模块将所述搬送车的搬送信息发送至所述上位机。

所述搬送车包括电机组，所述主控模块与所述电机组相连，所述主控模块通过控制所述电机组以实现所述搬送车的夹取、行进和避障。

所述电机组包括四个直流电机，所述主控模块与每个直流电机分别通过电机控制电路相连。

所述搬送车包括机械臂，所述四个直流电机中的两个直流电机对应所述机械臂设置，所述主控模块在根据所述距离信息判断所述待搬送物品与所述搬送车之间的距离小于预设距离时，控制所述四个直流电机中的两个直流电机驱动所述机械臂放下、抓取与抬起以夹取所述待搬送物品。

所述搬送车包括左右轮，所述四个直流电机中的另两个直流电机对应所述左右轮设置，所述主控模块控制所述四个直流电机中的另两个直流电机分别正转和反转以控制所述搬送车转弯。

所述主控模块包括计数器，所述计数器用于对所述边缘检测视图中目标位置的边缘像素进行计数，所述主控模块在所述计数器的计数值大于预设数值时判定所述目标位置处存在障碍物。

所述红外感应器包括红外线发射器和红外线接收器。

所述图像处理模块包括摄像头和图像处理芯片。

所述通信模块为蓝牙模块。

一种搬送车，包括上述智能物品搬送控制系统。

本发明的有益效果：

本发明通过设置超声波传感器获取待搬送物品的距离信息、灰度传感器获取待搬送物品的灰度信息、红外感应器获取搬送车侧方环境的红外感应信息、图像处理模块获取搬送车前方环境的边缘检测视图，通过主控模块根据距离信息控制搬送车夹取待搬送物品，并根据灰度信息判断待搬送物品的类别以确定搬送车向搬送终点、搬送起点的行进路线，以及根据红外感应信息控制搬送车进行侧面避障，并根据边缘检测视图控制搬送车进行正面避障，通过蓝牙模块将搬送车的搬送信息发送至上位机，由此，能够进行全自动的分类搬送和实时的搬送信息传输，从而能够提高分类和搬送效率、方便信息收集、节约人力，自动化智能化水平较高。

附图说明

图1为本发明实施例的智能物品搬送控制系统的方框示意图；

图2为本发明一个实施例的获取待搬送物品的距离信息的流程图；

图3为本发明一个实施例的识别待搬送物品类别的流程图；

图4为本发明一个实施例的红外感应器的电路结构图；

图5为本发明一个实施例的搬送车前部环境图像中障碍物识别区块位置示意图；

图6为本发明一个实施例的根据边缘像素数确定障碍物的示意图；

图7为本发明一个实施例的搬送控制流程图。

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做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所示，本发明实施例的智能物品搬送控制系统，包括超声波传感器10、灰度传感器20、红外感应器30、图像处理模块40、主控模块50和通信模块60。

其中，超声波传感器10用于获取待搬送物品的距离信息；灰度传感器20用于获取待搬送物品的灰度信息；红外感应器30对应搬送车的侧部设置，用于获取搬送车的侧方环境的红外感应信息；图像处理模块40对应搬送车的前部设置，用于获取搬送车的前方环境的边缘检测视图；主控模块50分别与超声波传感器10、灰度传感器20、红外感应器30和图像处理模块40相连，主控模块50用于根据距离信息控制搬送车夹取待搬送物品，并根据灰度信息判断待搬送物品的类别以确定搬送车向搬送终点、搬送起点的行进路线，以及根据红外感应信息控制搬送车进行侧面避障，并根据边缘检测视图控制搬送车进行正面避障；通信模块60与主控模块50相连，并与上位机进行通信连接，主控模块50通过通信模块将搬送车的搬送信息发送至上位机。

在本发明的一个实施例中，搬送车包括电机组，主控模块50与电机组相连，主控模块50通过控制电机组以实现搬送车的夹取、行进和避障。进一步地，电机组包括四个直流电机，主控模块50与每个直流电机分别通过电机控制电路相连。

搬送车还包括机械臂和左右轮，四个直流电机中的两个直流电机对应机械臂设置，从而可驱动机械臂放下、抬起、抓取与放松。四个直流电机中的另两个直流电机对应左右轮设置，从而可驱动左右轮转动以使搬送车前进、后退或转弯。一般地，控制搬送车转弯有三种方式：第一种是行进中转弯，具体可控制左右轮的电机都保持运转，但是一个速度快，另一个速度相对慢一些，两个电机之间形成速度差，从而控制搬送车朝转速较慢的一端转向；第二种是直角转弯，具体可控制一个电机保持运转，另一个电机关闭，这样可以控制搬送车朝关闭的电机那端进行直角转弯；第三种转弯方式是原地打转，使搬送车以车身重心为圆心进行原地打转，具体可控制左边的电机和右边的电机打开功率相同，但是一个正转、一个反转。

在本发明的一个实施例中，主控模块50可在根据距离信息判断待搬送物品与搬送车之间的距离小于预设距离时，控制四个直流电机中的两个直流电机驱动机械臂放下、抓取与抬起以夹取待搬送物品。

在本发明的一个实施例中，为了减少转弯所需的距离，增加搬送小车搬送路线的精确程度，可选择上述的第三种转弯方式，即主控模块50可控制四个直流电机中的另两个直流电机分别正转和反转以控制搬送车转弯。

在本发明的一个具体实施例中，主控模块50可包括Arduino NANO及其外围电路，其软硬件主要分为搬送车行进控制部分、搬送车机械臂控制部分、距离探测部分、灰度检测部分、红外感应部分、图像边缘检测视图分析部分以及串口通信部分；超声波传感器10型号为HC-SR04；灰度传感器20包括一个LED灯电路和一个光敏电阻电路；红外感应器30包括红外线发射器和红外线接收器；图像处理模块40包括摄像头和图像处理芯片，其中，摄像头型号为HD720，最高分辨率为1280*720，最高拍摄速度为每秒60帧，可满足本发明对图像采集的基本要求；通信模块60为蓝牙模块，型号为HC-05D。进一步地，Arduino NANO具有四个I/O口，四个I/O口分别与四个直流电机通过H桥直流电机控制电路相连；Arduino NANO的D10、D11口分别与超声波传感器的Trig、Echo口相连；Arduino NANO的A2口与灰度传感器的GS口相连；Arduino NANO的串口的TXD1、RXD1口分别与无线蓝牙串口的RXD、TXD口相连。

在本发明的一个具体实施例中，可首先对驱动搬送车左右轮的两个直流电机进行转速设置。由于每个直流电机内部构造都不尽相同，因此如果两个构造不同的电机保持相同转速，搬送车可能无法直线行进。因此，可通过设置该两个直流电机的转速，使搬送车能够以合理的速度匀速行进。举例而言，对于某两个驱动左右轮的电机，可将左边电机速度设置的比右边电机多10。接下来，可进行延时设置，延时的时间即为需要保持直线行走的时间。若要使搬送车停下，则可将前进速度设置为0或将后退速度设置为255。

在本发明的一个具体实施例中，用于控制机械臂放下与抬起的直流电机可以在45度到110度之间转动，其中45度为放下，110度为抬起；用于控制机械臂夹取与放松的电机可以在90度到110度之间转动，其中90度为放松，110度为夹取。

在本发明的一个具体实施例中，可对一个120cm×120cm区域内的不同颜色物品进行分类搬送。

在本发明的一个具体实施例中，如图2所示，通过超声波传感器10获取待搬送物品的距离信息包括以下流程：首先根据硬件时序的要求，延时24毫秒；进行超声波发送，并打开定时器；用一个while循环进行超声波接收的等待；在接收到超声波时，关闭定时器，读取定时器的定时值；根据公式计算出待搬送物品与搬送车之间的距离，即根据定时值与超声波传播速度计算出距离值。当感应待搬送物品距离搬送车小于8厘米时，可控制搬送车停下，进行后续夹取等操作。

在本发明的一个具体实施例中，待搬送物品具有不同的颜色，或贴有不同颜色的标识，从而可通过灰度传感器20根据识别的颜色对待搬送物品进行分类。如图3所示，通过灰度传感器20识别待搬送物品类别可包括以下流程：打开灰度传感器的LED灯；打开光敏传感器(包括上述的光敏电阻)，并读取数据，进行AD转换；本发明实施例的光线强度检测的值为一个8位二进制数，0-255。可将其分为0-60、61-120、121-180、181-255这四个等级。因此接下来可以60整除光敏传感器读取数据值；如果结果为0，则识别为颜色1；如果结果为1，则识别为颜色2；如果结果为2，则识别为颜色3；如果结果为3，则识别为颜色4。不同类别的待搬送物品处于不同位置，并且被搬送至不同位置，因此不同类别的待搬送物品的搬送终点、搬送起点均不同，因而接下来可根据物品的不同灰度等级，即不同的颜色选择向搬送中点和搬送起点的行进路线。

在本发明的一个具体实施例中，如图4所示，红外感应器30除包括红外线发射器和红外线接收器外，还包括对应的数据处理芯片及外围电路，外围电路包括三极管VT、电阻R1～R11、电容C1～C7等。红外感应器30利用红外线反射原理，当物品在红外线区域内，红外线发射器发出的红外线由于物品摭挡反射到红外线接收器，再通过数据处理芯片对数据进行处理，将处理后的信号发送给Arduino NANO进行分析，从而根据传回的数据的不同来判断搬送车侧面的区域附近有无障碍物，从而实现搬送车的侧面避障。

在本发明的一个具体实施例中，为避免远端环境的不必要干扰，及避免障碍物与待搬送物品之间的互相干扰，对于图像处理模块40获取的搬送车前部环境图像，可选取预设区块进行正面障碍物的判断。本发明实施例选取图5所示的区块作为障碍物识别区块，进行正面障碍物的判断。在本发明的实施例中，主控模块50可包括计数器，对于图像处理模块40所获取的边缘检测视图，计数器可对边缘检测视图中目标位置的边缘像素进行计数，主控模块50在计数器的计数值大于预设数值时可判定目标位置处存在障碍物。图6为搬送车前部摄像头视角，在边缘检测图像中，被视为是障碍物边缘的像素点均被高亮表示(R、G、B值均设为255)，对处在障碍物识别区块中的边缘像素即右侧图中粗白线部分的像素进行计数，当某一侧障碍物识别区块的边缘像素超过一定阈值，则视为机器人在这一侧遇到了障碍物，因而可控制搬送车向另一侧转弯以进行避障处理。此类避障策略简单高效，节约了主控模块的大量的内存与计算，可以实现实时反馈与控制。

在本发明的一个具体实施例中，基于蓝牙模块的通信可包括以下流程：首先是进入AT模式，并对蓝牙模块进行设置，这里要注意接线的正确性；设置完成后，可以将蓝牙模块的TX与Arduino的RX连接，RX与Arduino的TX连接，再通过Arduino程序来实现数据的传输。而蓝牙模块发送的软件编程，首先进入AT模式进行设置并与电脑连接，接下来按照数据格式发送数据。通过蓝牙模块与上位机如电脑的通信，可实时将搬送车的搬送信息如已搬送的不同颜色物品的数量、当前行进距离等传输至上位机。

在本发明的一个具体实施例中，如图7所示，主控模块50的搬送控制总程序包括以下流程：首先进行的是各个模块的初始化，接下来搬送车即可开始运行；假设待搬送物品总数为4，则可判断搬送物品数量是否小于4；如果小于，则根据模式一的路线运行，模式一的路线即为从搬送车的原始点运行至搬送起点的路线；判断前方是否有物品接近，若检测到前方有物品，则在物品面前停下，夹取物品并判断物品颜色；接下根据物品颜色及模式二的路线运行，模式二的路线即为从搬送起点运行至搬送终点的路线；判断是否到达目的地，若到达则放下物品，具体可驱动机械臂放下、放松以放下物品；接下来根据物品颜色及模式三的路线运行，模式三的路线即为从搬送终点运行至搬送车的原始点的路线；判断是否到达目的地，若到达则成功搬送的物品数量加1。接下来返回进入下一次搬送，方法同上。当搬送车成功搬送的物品数量达到4次时，则标志着搬送车搬送任务完成，可发出结束标志停止搬送。

根据本发明实施例的智能物品搬送控制系统，通过设置超声波传感器获取待搬送物品的距离信息、灰度传感器获取待搬送物品的灰度信息、红外感应器获取搬送车侧方环境的红外感应信息、图像处理模块获取搬送车前方环境的边缘检测视图，通过主控模块根据距离信息控制搬送车夹取待搬送物品，并根据灰度信息判断待搬送物品的类别以确定搬送车向搬送终点、搬送起点的行进路线，以及根据红外感应信息控制搬送车进行侧面避障，并根据边缘检测视图控制搬送车进行正面避障，通过蓝牙模块将搬送车的搬送信息发送至上位机，由此，能够进行全自动的分类搬送和实时的搬送信息传输，从而能够提高分类和搬送效率、方便信息收集、节约人力，自动化智能化水平较高。

对应上述实施例，本发明还提出一种搬送车。

本发明实施例的搬送车，包括本发明上述任一实施例的智能物品搬送控制系统，其具体的实施方式可参照上述实施例，为避免冗余，在此不再赘述。

根据本发明实施例的搬送车，能够进行全自动的分类搬送和实时的搬送信息的传输，从而能够提高分类和搬送效率、方便信息收集、节约人力，自动化智能化水平较高。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种智能物品搬送控制系统，其特征在于，包括：

超声波传感器，所述超声波传感器用于获取待搬送物品的距离信息；

灰度传感器，所述灰度传感器用于获取所述待搬送物品的灰度信息；

红外感应器，所述红外感应器对应搬送车的侧部设置，用于获取所述搬送车的侧方环境的红外感应信息；

图像处理模块，所述图像处理模块对应所述搬送车的前部设置，用于获取所述搬送车的前方环境的边缘检测视图；

主控模块，所述主控模块分别与所述超声波传感器、所述灰度传感器、所述红外感应器和所述图像处理模块相连，所述主控模块用于根据所述距离信息控制所述搬送车夹取所述待搬送物品，并根据所述灰度信息判断所述待搬送物品的类别以确定所述搬送车向搬送终点、搬送起点的行进路线，以及根据所述红外感应信息控制所述搬送车进行侧面避障，并根据所述边缘检测视图控制所述搬送车进行正面避障；

通信模块，所述通信模块与所述主控模块相连，并与上位机进行通信连接，所述主控模块通过所述通信模块将所述搬送车的搬送信息发送至所述上位机。

2.根据权利要求1所述的智能物品搬送控制系统，其特征在于，所述搬送车包括电机组，所述主控模块与所述电机组相连，所述主控模块通过控制所述电机组以实现所述搬送车的夹取、行进和避障。

3.根据权利要求2所述的智能物品搬送控制系统，其特征在于，所述电机组包括四个直流电机，所述主控模块与每个直流电机分别通过电机控制电路相连。

4.根据权利要求3所述的智能物品搬送控制系统，其特征在于，所述搬送车包括机械臂，所述四个直流电机中的两个直流电机对应所述机械臂设置，所述主控模块在根据所述距离信息判断所述待搬送物品与所述搬送车之间的距离小于预设距离时，控制所述四个直流电机中的两个直流电机驱动所述机械臂放下、抓取与抬起以夹取所述待搬送物品。

5.根据权利要求4所述的智能物品搬送控制系统，其特征在于，所述搬送车包括左右轮，所述四个直流电机中的另两个直流电机对应所述左右轮设置，所述主控模块控制所述四个直流电机中的另两个直流电机分别正转和反转以控制所述搬送车转弯。

6.根据权利要求5所述的智能物品搬送控制系统，其特征在于，所述主控模块包括计数器，所述计数器用于对所述边缘检测视图中目标位置的边缘像素进行计数，所述主控模块在所述计数器的计数值大于预设数值时判定所述目标位置处存在障碍物。

7.根据权利要求1所述的智能物品搬送控制系统，其特征在于，所述红外感应器包括红外线发射器和红外线接收器。

8.根据权利要求1所述的智能物品搬送控制系统，其特征在于，所述图像处理模块包括摄像头和图像处理芯片。

9.根据权利要求1所述的智能物品搬送控制系统，其特征在于，所述通信模块为蓝牙模块。

10.一种搬送车，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的智能物品搬送控制系统。