CN109433627A - 基于机器视觉处理的机械手物流分拣系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于机器视觉处理的机械手物流分拣系统及其工作方法，所述的系统包括计算机、摄像装置和机械手，所述的计算机通过无线通信网络与机械手进行通信；所述的摄像装置设置在机械手的可伸缩卡爪上，所述的机械手安装在基座上。由于本发明采用了openMV摄像装置进行机器视觉处理，可识别物流快递上的条形码并获得其所含内容，可十分准确的识别并分拣出所需快递，所得信息可传输给计算机储存，便于人工检查与记录。由于本发明采用了openMV摄像装置可通过拍摄得到的画面自行判断物件的大小及当前距离机械手的位置，自行计算机械手卡爪所需伸展的夹角，解决了传统机械手只能流水作业相同规格产品的缺点，适用性较强。
Description
技术领域
本发明涉及机械手物流分拣系统，尤其涉及一种基于机器视觉处理的机械手物流分拣系统及其工作方法。
背景技术
现如今快递物流行业的发展，快速地推动了当今社会网络购物的普及。然而，快递庞大的数量和复杂的信息量，给物流行业的工作人员带来了很大的工作压力，以至于出现“暴力分拣”等不良事件的发生，不仅威胁到了消费者的合法权益，也严重制约了快递行业的发展和效率。为此，人们开始使用机械手来进行分拣作业，但由于传统的机械手只能在流水线上分拣相同规格产品，而现有快递的种类复杂、且尺寸大小不同，从而导致传统的机械手无法准确识别并快速分拣。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种不受快递种类大小限制且能准确识别快速动作的基于机器视觉处理的机械手物流分拣系统。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
基于机器视觉处理的机械手物流分拣系统，包括计算机、摄像装置和机械手，所述的计算机通过无线通信网络与机械手进行通信；所述的摄像装置设置在机械手的可伸缩卡爪上，所述的机械手安装在基座上；
所述的摄像装置包括拍摄角度控制模块、拍摄识别模块、嵌入式控制模块A和照明及红外夜视模块，所述的机械手包括动作响应模块、无线通信模块、嵌入式控制模块B、电源控制模块、角度控制模块和串行通讯模块；
所述的计算机使用虚拟仪器技术作为控制和显示界面，通过无线通信模块与机械手交互通信；
所述的拍摄角度控制模块由两个小型舵机组成，分别控制摄像装置的横向与纵向转动，通过openMV云台与可调焦摄像头相连，用于控制可调焦摄像头的拍摄角度来锁定物件。
所述的拍摄识别模块为可调焦摄像头，用于实时采集图像，识别物件大小和扫取物件条形码信息。所述的条形码粘贴于物件之上，所述的物件放置于传送装置上。
所述的嵌入式控制模块A分别与摄像装置、openMV云台、照明及红外夜视模块、串行数据口和电源接口；用于处理摄像装置所采集的图像数据并对摄像装置进行控制。
所述的照明及红外夜视模块为一个高亮四色LED灯及两个红外线灯，用于补充摄像光亮，提高可调焦摄像头夜视能力。
所述的动作响应模块包括一个电机、三个大舵机和两个主机械臂。所述的三个大舵机分别为大舵机A、大舵机B、大舵机C。所述的电机安装于基座内部，电机的转轴与基座上部的转盘相连，用于控制机械手360°转动，所述的转盘与大舵机B的下端相连。所述的大舵机A上端与可伸缩卡爪连接，其下端与主机械臂B连接，控制可伸缩卡爪与主机械臂B之间的摆动角度；所述的大舵机B上端与主机械臂A连接，其下端与转盘连接，控制主机械臂A与水平转盘之间的摆动角度；所述的大舵机C上端与主机械臂B连接，其下端与主机械臂A连接，控制主机械臂B与主机械臂A之间的摆动角度。
所述的无线通讯模块采用ZigBee无线通讯技术，用于机械手与计算机之间的数据传递。
所述的嵌入式控制模块B用于处理计算机与摄像装置传递的数据并控制机械手进行动作。
所述的电源控制模块为蓄电池，为机械手和摄像装置提供电源。
所述的角度控制模块包括可伸缩卡爪和卡爪调节舵机。所述的可伸缩卡爪包括具有长度调节功能的辅助机械手臂和卡爪，所述的卡爪位于辅助机械手臂的最前端。所述的卡爪调节舵机安装于辅助机械手臂与卡爪的连接处，用于控制卡爪张角大小。
所述的串行通讯模块为串行数据线，分别与嵌入式控制模块A和嵌入式控制模块B连接，用于机械手与摄像装置的数据交流。
基于机器视觉处理的机械手物流分拣系统的工作方法，包括以下步骤：
A、设置操作界面
通过计算机中安装的操作系统在计算机显示屏上设置操作界面，操作界面包括摄像装置实时传输视频显示界面、物件条形码信息存储位置端口、摄像装置运行开关、机械手运行开关、LED照明开关、红外线夜视开关、机械手运行速度调节按钮和物件发往地筛选端口；所述的摄像装置实时传输视频显示界面用于接收并显示摄像装置采集到的视频录像，所述的物件条形码信息存储位置端口设置摄像装置扫描到的条形码显示的物件信息存储于计算机的位置以便查找，所述的摄像装置运行开关及机械手运行开关用于远距离控制摄像装置及机械手的运行与停止，所述的机械手运行速度调节按钮用于控制机械手的运动快慢，分为快档与慢档。所述的LED照明开关与红外夜视开关分别控制摄像装置上高亮四色LED灯与红外线灯的亮灭，所述的物件发往地筛选端口用于选择摄像装置所需分拣的物件信息，识别符合后进行夹取；
B、识别并分拣
摄像装置通过串行通讯模块接收到计算机传送的分拣信息与启动请求后，开始进行识别，识别到物件后通过拍摄角度控制模块控制摄像装置下安装的小型舵机，调整可调焦摄像头位置保证物件处于视频中央，条形码进入扫描范围后，识别物件信息并通过串行通讯模块传至机械手，机械手通过无线通讯模块将信息回传至计算机，判断是否符合计算机筛选要求，符合后，可调焦摄像头识别当前物件的大小与距离，嵌入式控制模块A将大小与距离信息处理完毕后通过串行通讯模块将数据传送给嵌入式控制模块B，嵌入式控制模块B处理并计算机械手所需动作的大小，控制机械手动作响应模块转动到指定位置，角度控制模块控制可伸缩卡爪的辅助机械臂伸缩，卡爪调节舵机张开与物件大小相匹配的角度并进行夹取，设置于可伸缩卡爪之上的摄像装置跟踪物件并控制机械手进行微调，最终完成夹取；所述的的动作响应模块，其运动控制采用PID控制算法。
与现有技术比，本发明具有以下有益效果：
1、由于本发明采用了openMV摄像装置进行机器视觉处理，可识别物流快递上的条形码并获得其所含内容，可十分准确的识别并分拣出所需快递，所得信息可传输给计算机储存，便于人工检查与记录。
2、由于本发明采用了openMV摄像装置可通过拍摄得到的画面自行判断物件的大小及当前距离机械手的位置，自行计算机械手卡爪所需伸展的夹角，解决了传统机械手只能流水作业相同规格产品的缺点，适用性较强。
3、由于本发明采用机械手与摄像装置协作的工作模式，摄像装置可自动锁定物件并控制摄像角度与机械手转角，扩充了摄像装置探测的面积，提高了整体工作的效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的各模块连接示意图。
图3是本发明的工作流程图。
图中：1、大舵机A；2、大舵机B；3、大舵机C；4、卡爪调节舵机；5、主机械臂A；6、主机械臂B；7、可伸缩卡爪；8、小型舵机；9、嵌入式控制模块A；10、可调焦摄像头；11、红外线灯；12、高亮四色LED灯；13、嵌入式控制模块B；14、基座；15、蓄电池；16、电机；17、串行数据线；18、条形码；19、物件；20、传送装置；21、转盘；22、计算机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-3所示，基于机器视觉处理的机械手物流分拣系统，包括计算机22、摄像装置和机械手，所述的计算机22通过无线通信网络与机械手进行通信；所述的摄像装置设置在机械手的可伸缩卡爪7上，所述的机械手安装在基座14上；
所述的摄像装置包括拍摄角度控制模块、拍摄识别模块、嵌入式控制模块A9和照明及红外夜视模块，所述的机械手包括动作响应模块、无线通信模块、嵌入式控制模块B13、电源控制模块、角度控制模块和串行通讯模块；
所述的计算机22使用虚拟仪器技术作为控制和显示界面，通过无线通信模块与机械手交互通信；
所述的拍摄角度控制模块由两个小型舵机8组成，分别控制摄像装置的横向与纵向转动，通过openMV云台与可调焦摄像头10相连，用于控制可调焦摄像头10的拍摄角度来锁定物件19。
所述的拍摄识别模块为可调焦摄像头10，用于实时采集图像，识别物件19大小和扫取条形码18信息。所述的条形码18粘贴于物件19之上，所述的物件19放置于传送装置20上。
所述的嵌入式控制模块A9分别与摄像装置、openMV云台、照明及红外夜视模块、串行数据口和电源接口；用于处理摄像装置所采集的图像数据并对摄像装置进行控制。
所述的照明及红外夜视模块为一个高亮四色LED灯12及两个红外线灯11，用于补充摄像光亮，提高可调焦摄像头10夜视能力。
所述的动作响应模块包括一个电机16、三个大舵机和两个主机械臂。所述的三个大舵机分别为大舵机A1、大舵机B2和大舵机C3。所述的电机16安装于基座14内部，电机16的转轴与基座14上部的转盘21相连，用于控制机械手360°转动，所述的转盘21与大舵机B2的下端相连。所述的大舵机A1上端与可伸缩卡爪7连接，其下端与主机械臂B6连接，控制可伸缩卡爪7与主机械臂B6之间的摆动角度；所述的大舵机B2上端与主机械臂A5连接，其下端与转盘21连接，控制主机械臂A5与水平转盘21之间的摆动角度；所述的大舵机C3上端与主机械臂B6连接，其下端与主机械臂A5连接，控制主机械臂B6与主机械臂A5之间的摆动角度。
所述的无线通讯模块采用ZigBee无线通讯技术，用于机械手与计算机22之间的数据传递。
所述的嵌入式控制模块B13用于处理计算机22与摄像装置传递的数据并控制机械手进行动作。
所述的电源控制模块为蓄电池15，为机械手和摄像装置提供电源。
所述的角度控制模块包括可伸缩卡爪7和卡爪调节舵机4。所述的可伸缩卡爪7包括具有长度调节功能的辅助机械手臂和卡爪，所述的卡爪位于辅助机械手臂的最前端。所述的卡爪调节舵机4安装于辅助机械手臂与卡爪的连接处，用于控制卡爪张角大小。
所述的串行通讯模块为串行数据线17，分别与嵌入式控制模块A9和嵌入式控制模块B13连接，用于机械手与摄像装置的数据交流。
基于机器视觉处理的机械手物流分拣系统的工作方法，包括以下步骤：
A、设置操作界面
通过计算机22中安装的操作系统在计算机显示屏上设置操作界面，操作界面包括摄像装置实时传输视频显示界面、条形码信息存储位置端口、摄像装置运行开关、机械手运行开关、LED照明开关、红外线夜视开关、机械手运行速度调节按钮和物件发往地筛选端口；所述的摄像装置实时传输视频显示界面用于接收并显示摄像装置采集到的视频录像，所述的条形码18信息存储位置端口设置摄像装置扫描到的条形码18显示的物件19信息存储于计算机22的位置以便查找，所述的摄像装置运行开关及机械手运行开关用于远距离控制摄像装置及机械手的运行与停止，所述的机械手运行速度调节按钮用于控制机械手的运动快慢，分为快档与慢档。所述的LED照明开关与红外夜视开关分别控制摄像装置上高亮四色LED灯12与红外线灯11的亮灭，所述的物件19发往地筛选端口用于选择摄像装置所需分拣的物件19信息，识别符合后进行夹取；
B、识别并分拣
摄像装置通过串行通讯模块接收到计算机22传送的分拣信息与启动请求后，开始进行识别，识别到物件19后通过拍摄角度控制模块控制摄像装置下安装的小型舵机8，调整可调焦摄像头10位置保证物件19处于视频中央，条形码18进入扫描范围后，识别物件19信息并通过串行通讯模块传至机械手，机械手通过无线通讯模块将信息回传至计算机22，判断是否符合计算机22筛选要求，符合后，可调焦摄像头10识别当前物件19的大小与距离，嵌入式控制模块A9将大小与距离信息处理完毕后通过串行通讯模块将数据传送给嵌入式控制模块B13，嵌入式控制模块B13处理并计算机22械手所需动作的大小，控制机械手动作响应模块转动到指定位置，角度控制模块控制可伸缩卡爪7的辅助机械臂伸缩，卡爪调节舵机4张开与物件19大小相匹配的角度并进行夹取，设置于可伸缩卡爪7之上的摄像装置跟踪物件19并控制机械手进行微调，最终完成夹取；所述的的动作响应模块，其运动控制采用PID控制算法。
本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.基于机器视觉处理的机械手物流分拣系统，其特征在于：包括计算机(22)、摄像装置和机械手，所述的计算机(22)通过无线通信网络与机械手进行通信；所述的摄像装置设置在机械手的可伸缩卡爪(7)上，所述的机械手安装在基座(14)上；
所述的摄像装置包括拍摄角度控制模块、拍摄识别模块、嵌入式控制模块A(9)和照明及红外夜视模块，所述的机械手包括动作响应模块、无线通信模块、嵌入式控制模块B(13)、电源控制模块、角度控制模块和串行通讯模块；
所述的计算机(22)使用虚拟仪器技术作为控制和显示界面，通过无线通信模块与机械手交互通信；
所述的拍摄角度控制模块由两个小型舵机(8)组成，分别控制摄像装置的横向与纵向转动，通过openMV云台与可调焦摄像头(10)相连，用于控制可调焦摄像头(10)的拍摄角度来锁定物件(19)；
所述的拍摄识别模块为可调焦摄像头(10)，用于实时采集图像，识别物件(19)大小和扫取条形码(18)信息；所述的条形码(18)粘贴于物件(19)之上，所述的物件(19)放置于传送装置(20)上；
所述的嵌入式控制模块A(9)分别与摄像装置、openMV云台、照明及红外夜视模块、串行数据口和电源接口；用于处理摄像装置所采集的图像数据并对摄像装置进行控制；
所述的照明及红外夜视模块为一个高亮四色LED灯(12)及两个红外线灯(11)，用于补充摄像光亮，提高可调焦摄像头(10)夜视能力；
所述的动作响应模块包括一个电机(16)、三个大舵机和两个主机械臂；所述的三个大舵机分别为大舵机A(1)、大舵机B(2)和大舵机C(3)；所述的电机(16)安装于基座(14)内部，电机(16)的转轴与基座(14)上部的转盘(21)相连，用于控制机械手360°转动，所述的转盘(21)与大舵机B(2)的下端相连；所述的大舵机A(1)上端与可伸缩卡爪(7)连接，其下端与主机械臂B(6)连接，控制可伸缩卡爪(7)与主机械臂B(6)之间的摆动角度；所述的大舵机B(2)上端与主机械臂A(5)连接，其下端与转盘(21)连接，控制主机械臂A(5)与水平转盘(21)之间的摆动角度；所述的大舵机C(3)上端与主机械臂B(6)连接，其下端与主机械臂A(5)连接，控制主机械臂B(6)与主机械臂A(5)之间的摆动角度；
所述的无线通讯模块采用ZigBee无线通讯技术，用于机械手与计算机(22)之间的数据传递；
所述的嵌入式控制模块B(13)用于处理计算机(22)与摄像装置传递的数据并控制机械手进行动作；
所述的电源控制模块为蓄电池(15)，为机械手和摄像装置提供电源；
所述的角度控制模块包括可伸缩卡爪(7)和卡爪调节舵机(4)；所述的可伸缩卡爪(7)包括具有长度调节功能的辅助机械手臂和卡爪，所述的卡爪位于辅助机械手臂的最前端；所述的卡爪调节舵机(4)安装于辅助机械手臂与卡爪的连接处，用于控制卡爪张角大小；
所述的串行通讯模块为串行数据线(17)，分别与嵌入式控制模块A(9)和嵌入式控制模块B(13)连接，用于机械手与摄像装置的数据交流。
2.基于机器视觉处理的机械手物流分拣系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、设置操作界面
通过计算机(22)中安装的操作系统在计算机显示屏上设置操作界面，操作界面包括摄像装置实时传输视频显示界面、条形码信息存储位置端口、摄像装置运行开关、机械手运行开关、LED照明开关、红外线夜视开关、机械手运行速度调节按钮和物件发往地筛选端口；所述的摄像装置实时传输视频显示界面用于接收并显示摄像装置采集到的视频录像，所述的条形码(18)信息存储位置端口设置摄像装置扫描到的条形码(18)显示的物件(19)信息存储于计算机(22)的位置以便查找，所述的摄像装置运行开关及机械手运行开关用于远距离控制摄像装置及机械手的运行与停止，所述的机械手运行速度调节按钮用于控制机械手的运动快慢，分为快档与慢档；所述的LED照明开关与红外夜视开关分别控制摄像装置上高亮四色LED灯(12)与红外线灯(11)的亮灭，所述的物件(19)发往地筛选端口用于选择摄像装置所需分拣的物件(19)信息，识别符合后进行夹取；
B、识别并分拣
摄像装置通过串行通讯模块接收到计算机(22)传送的分拣信息与启动请求后，开始进行识别，识别到物件(19)后通过拍摄角度控制模块控制摄像装置下安装的小型舵机(8)，调整可调焦摄像头(10)位置保证物件(19)处于视频中央，条形码(18)进入扫描范围后，识别物件(19)信息并通过串行通讯模块传至机械手，机械手通过无线通讯模块将信息回传至计算机(22)，判断是否符合计算机(22)筛选要求，符合后，可调焦摄像头(10)识别当前物件(19)的大小与距离，嵌入式控制模块A(9)将大小与距离信息处理完毕后通过串行通讯模块将数据传送给嵌入式控制模块B(13)，嵌入式控制模块B(13)处理并计算机(22)械手所需动作的大小，控制机械手动作响应模块转动到指定位置，角度控制模块控制可伸缩卡爪(7)的辅助机械臂伸缩，卡爪调节舵机(4)张开与物件(19)大小相匹配的角度并进行夹取，设置于可伸缩卡爪(7)之上的摄像装置跟踪物件(19)并控制机械手进行微调，最终完成夹取；所述的的动作响应模块，其运动控制采用PID控制算法。
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