CN109969178A - 基于多元传感器多物料自主搬运装置及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提出了基于多元传感器多物料自主搬运装置及方法，包括设置在车体上的传感器单元、图像采集单元、物料采集单元及控制单元；其中，所述控制单元在进行物料识别之前获取各类物料的图片，利用深度学习方法对各种物料图片信息进行特征提取，通过大量数据的学习训练获得分类模型；本公开利用利用深度学习对各种物料图片进行特征提取，通过大量数据的学习训练分类模型，来实现物料识别功能，后续根据物料的类型采用相应的执行机构实现对物料的抓取，由于执行机构为可选择的，因此，可以实现对多种物料的搬运，且在搬运过程中，采用自动化手段自主实现物料的运输，避免了人工操作的弊端。

Description

基于多元传感器多物料自主搬运装置及方法

技术领域

本公开涉及自动化控制技术领域，特别是涉及基于多元传感器多物料自主搬运装置及方法。

背景技术

基于目前社会上物流行业及快递行业的快速发展，智能化的分拣设备承担着越来越重要的角色，发明人在实际工作中发现，物流行业在智能化分拣设备上还有较大的发展空间，特别是对于电商平台中那些需要分拣的包裹，大多都属于中小型，并不都在大型的物流分拣中心进行分拣，这就导致了在很多情况下大型的自动分拣设备分拣效果并不理想。

另外发明人还根据调查发现，目前在快递公司、超市或医院等一些需要物料分拣与搬运的场所，大部分物料分拣场合还是人工分拣，这样又回到了传统的物料分拣方式，不但降低了分拣效率、而且使得分拣的错误率变高、提高了人工成本、加大了快递分拣人员的工作强度。

发明内容

本说明书实施方式的目的之一是提供基于多元传感器多物料自主搬运装置，能够自动化、可分类实现多物料搬运，提高工作效率、降低生产成本。

本说明书实施方式提供多元传感器多物料自主搬运装置，包括设置在车体上的传感器单元、图像采集单元、物料采集单元及控制单元；

其中，所述控制单元在进行物料识别之前获取各类物料的图片，利用深度学习方法对各种物料图片信息进行特征提取，通过大量数据的学习训练获得分类模型；

在进行物料识别时，利用图像采集单元采集物料图片信息并传输至控制单元，控制单元根据采集的物料图片信息与分类模型进行对比实现物料识别；

所述控制单元根据所识别出的物料控制物料采集单元实现对物料的采集并控制车体的移动；

在车体的移动过程中，所述图像采集单元获取道路中的障碍物并进行识别，同时利用传感器单元测得障碍物的距离，所述控制单元根据障碍物的距离进行路径的选择与控制车体的行驶；

在达到设定目标位置后，所述控制单元控制车体停止运行并控制物料采集单元释放所采集的物料。

本公开实施例目的之二是提供多元传感器多物料自主搬运方法，具体的搬运步骤包括：

在进行物料识别之前获取各类物料的图片，利用深度学习方法对各种物料图片信息进行特征提取，通过大量数据的学习训练获得分类模型；

在进行物料识别时，采集物料图片信息，根据采集的物料图片信息与分类模型中所存储的信息进行对比分析实现物料识别；

将所识别出的物料根据物料的类别实现对物料的采集；

对所采集的物料进行搬运，在搬运过程中，获取道路中的障碍物并进行识别，同时测得障碍物的距离，然后根据障碍物的距离进行路径的选择与控制车体的行驶；

在达到设定目标位置后，控制车体停止运行并释放所采集的物料，返回，并进行下一物料的搬运。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

本公开的基于多元传感器多物料自主搬运装置及方法，利用利用深度学习对各种物料图片进行特征提取，通过大量数据的学习训练分类模型，来实现物料识别功能，后续根据物料的类型采用相应的执行机构实现对物料的抓取，由于执行机构为可选择的，因此，可以实现对多种物料的搬运，且在搬运过程中，采用自动化手段自主实现物料的运输，避免了人工操作的弊端。

本公开的基于多元传感器多物料自主搬运装置及方法，在搬运的过程中，还具有避障功能，首先识别出该障碍物并利用传感器单元实现障碍物的测距，实现路径的选择与车辆的行驶，该过程能够避免障碍物给自主搬运过程所带来的路径选择的不准确等问题，能够使得车辆快速的达到设定的位置，提高工作效率。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开具体实施例子的基于多元传感器多物料自主搬运装置的机械结构示意图；

图2为本公开具体实施例子的基于多元传感器多物料自主搬运流程示意图；

图3为本公开具体实施例子的基于多元传感器多物料自主搬运装置功能框图；

图中，1-机械臂，2-摄像头，3-机械手，4-储物台，5-电池，6-控制板，7-红外模块，8-蓝牙模块，9-电压板，10-连接件，11-车体，12-支架。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本公开的一实施例子，公开了基于多元传感器多物料自主搬运装置，具体参见附图1所示，包括设置在车体上的传感器单元、图像采集单元、物料采集单元及控制单元；

其中，所述控制单元在进行物料识别之前获取各类物料的图片，利用深度学习方法对各种物料图片信息进行特征提取，通过大量数据的学习训练获得分类模型；

在进行物料识别时，利用图像采集单元采集物料图片信息并传输至控制单元，控制单元根据采集的物料图片信息与分类模型进行对比实现物料识别；

所述控制单元根据所识别出的物料控制物料采集单元实现对物料的采集并控制车体的移动；

在车体的移动过程中，所述图像采集单元获取道路中的障碍物并进行识别，同时利用传感器单元测得障碍物的距离，所述控制单元根据障碍物的距离进行路径的选择与控制车体的行驶；

在达到设定目标位置后，所述控制单元控制车体停止运行并控制物料采集单元释放所采集的物料。

在该实施例子中，多元传感器具体指传感器单元，传感器单元的作用是用来实现车体在移动过程中对障碍物的测距，便于控制单元能够根据该距离实现对车体移动过程中路径的规划及导航，因此，只要能够实现对对障碍物的测距的传感器均可，在具体例子中，例如，可采用激光雷达和/或红外测距模块等来实现，当然，其他能够满足该测距条件的传感器也在本公开的保护范围之内，此处不再具体限定。

在该实施例子中，图像采集单元采用摄像头2，优选的该摄像头可为高清摄像头，在本公开的技术方案中，摄像头用于对待搬运物料的采集，并将采集的物料图片信息传输至控制单元，该摄像头设置在车体上面，具体设置的位置能够使得该摄像头有较大的视角，便于清晰的采集在一定的范围内物料的图片信息。

作为一种实施例子，在该车体上还设置有储物台3，当进行搬运物体时，机械手所抓取的物料可放置在该车体的储物台上，物料随着车体的移动而移动，当车体到达目标位置后，机械手再从车体的储物台上将物料放置在设定的位置，可见该储物台在搬运过程中具有中转的作用。

另外，车体上还安装有电池5，该电池用于为车体供应能量，供电方式可采用集中供电或分别供电的方式，集中供电，则所有的设备均通过电池来供电，分别供电方式则不同的设备分别采用相应的电池进行供电。

作为一种实施例子，该摄像头的具体结构中，其壳体顶部有一个转轴，转轴的一端通过联轴器与电机相连，电机可控制摄像头进行转动，电机通过导线连接控制单元，利用控制单元控制电机继而控制摄像头的转动的角度，通过该方式，能够实现摄像机对全方位范围内物料或障碍物信息的采集。

为了实现上述目的，在一种优选的实施例子中，该摄像头通过支架12固定在车体11上，支架的高度及具体结构可根据需要进行选择，例如，该支架可以呈竖直型，该支架可通过活动连接方式或者固定连接方式固定在车体上，电机通过电机座与支架12固定。摄像头与支架的连接方式可以为铰接或螺栓连接等。

作为支架的优选的方式，该支架为伸缩结构支架，摄像头由伸缩结构支架12固定在车体上，通过控制伸缩结构支架，可根据需要控制摄像头的高低，通过该方式满足对视角范围内物料信息的采集，避免存在视角盲区，漏掉所需要搬运的物料，使得物料搬运过程更加智能化。

作为一种实施例子，物料采集单元可以包括机械臂及机械手，不同种类的机械手可以抓取不同的物料，机械手通过导线连接至机械臂内部I/O口，所述机械手与机械臂通过连接件10连接，所述机械臂固定连接或活动连接在车体上，在一种实施例子中，该机械臂可以设置在与图像采集单元所在的平面不同的一个平面位置上，也就是物料采集单元及图像采集单元分别设置在车体不同的平面上，该中设置方式的优点是避免物料采集单元给图像采集单元在采集图像时所造成的障碍。优选的连接件可为连接轴。

作为一种实施例子，在所车体上可设置多个机械臂1，每个机械臂通过连接件连接有相应的机械手3，不同机械手之间种类不完全相同，不同这样机械手的种类与物料的种类相一致，在识别出一种物料时，控制单元控制该物料对应的机械臂及机械手进行物料的抓取，在检测出存在另一种物料时，控制单元控制该物料对应的另一机械臂及与该机械臂连接的机械手进行物料的抓取。

作为一种改进的技术方案，在所车体上可设置一个机械臂，该机械臂对应多个机械手，当识别出一种物料时，在该机械臂上安装于该物料相应的机械手，当识别出另一物料时，该机械臂上的机械手进行更换，更换为与所识别的物料的种类相一致。

上述不同形式的物料采集单元的目的均是为了实现多种物料的搬运，避免搬运装置只能单一的对一种物料进行搬运，且上述两个不同的物料采集单元能够满足不同的应用场景，在该搬运装置所应用的场景为多物料搬运，但是，其中一种物料的数量较大时，可采用车体上只有一个机械臂，当搬运一种物料时，安装上相应的机械手即可，当工作完毕，需要搬运另一种物料时，更换上另外一种机械手即可，该装置适用于不用频繁更换机械手的应用场景。

反之，若多种不同的物料混合在一起，在进行搬运时，则选择车体上设置多个机械臂，每个机械臂安装不同的机械手的方式，由于一次搬运的为一种物料，在下一次进行搬运的可能为另外一种物料，因此，车体上安装有不同的机械手，利用控制单元进行直接选择即可，而不必进行频繁的更换机械手。

作为一种实施例子，控制单元为树莓派控制器，利用该控制器实现物料的识别及执行机构运动的控制，当然，该树莓派控制器仅作为一种优选的实施方式，其他控制器，例如为微处理器、PLC控制器、DSP控制器等也可实现本公开的目的，本公开选用树莓派控制器并不构成对本公开控制单元的具体限定。

具体的，树莓派控制器在表现形式上为控制板6，该控制板还分别与电压板9及蓝牙模块8通信，电压板将测量的电压信息传输至控制板，以供实现对电压的监测，蓝牙模块作为通信模块，可以实现信息的无线传输。

在上述实施例子中，物料识别过程中，树莓派控制器前期先获取各类物料图片，利用深度学习对各种物料图片进行特征提取，通过大量数据的学习训练分类模型，来实现物料识别功能，由树莓派控制器用训练好的分类模型对摄像机采集到的物料图片进行对比分析实现物料种类识别，进而选择适合的机械手进行搬运。

在搬运过程中，前期以机械顶部搭载的摄像头为主前方道路中的障碍物进行识别，后期加入红外模块7进行辅助来达到更为精确的导航路线并由树莓派控制器来进行路径的选择与车辆的行驶。

在一实施例子中，红外模块7安装在车体的前端，用于实现车体与障碍物距离的测定。

本公开的上述实施例子采用机械臂配合摄像头的方式，对物料进行夹取、搬运与放置，大量节省了人力资源、节约成本，精度高，有效避免了操作人员在操作过程中不规范行为引起的误差。另外，摄像头高度、角度可调节，能够全方位的监测物品的形状位置与搬运过程中的道路状况。

本公开的上述实施例子基于多元传感器多物料自主搬运装置用途广泛，可用于仓库搬运、超市货物补充、医院废料运输、港口码头货物搬运等多个方面。

当被搬运的物料为高温或者放射性等危险性较高的物料时,人工搬运需要佩戴防护用品而且有可能给工作人员造成伤害，利用本公开实施例子的上述基于多元传感器多物料自主搬运装置可以实现对多物料的搬运，且行驶过程中不受障碍的干扰，安全且工作效率较高。

本公开的另一实施例子，具体参见附图2、3所示，公开了基于多元传感器多物料自主搬运方法，该方法可以基于上述基于多元传感器多物料自主搬运装置，当然并不限于上述基于多元传感器多物料自主搬运装置，具体包括：

在进行物料识别之前获取各类物料的图片，利用深度学习方法对各种物料图片信息进行特征提取，通过大量数据的学习训练获得分类模型；

在进行物料识别时，采集物料图片信息，根据采集的物料图片信息与分类模型中所存储的信息进行对比分析实现物料识别；

将所识别出的物料根据物料的类别实现对物料的采集；

对所采集的物料进行搬运，在搬运过程中，获取道路中的障碍物并进行识别，同时测得障碍物的距离，然后根据障碍物的距离进行路径的选择与控制车体的行驶；

在达到设定目标位置后，控制车体停止运行并释放所采集的物料，返回，并进行下一物料的搬运。

在该实施例中，首先，采集物料图片信息时，当采用摄像头2进行图片信息采集时，将摄像头2进行标定，通过摄像头2获取图像信息，对图像信息二值化操作后，对图像分割定位，识别物体，通过图像边缘查找等方式获取物体的位置与形状。

在该实施例中，上述图像处理可采用树莓派控制板6进行处理。将物体信息传送至树莓派控制板6后，树莓派控制板6控制小车移动到物体位置；树莓派控制板6通过I/O口控制机械臂进行抓取，将抓取的物体通过小车移动到指定的位置。

最后，树莓派控制板6控制机械臂将物体放在指定位置后令机械手松开物体完成放置，进而对下一个物体进行重复操作；完成对物体的自动识别、抓取、放置。

可以理解的是，在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“另一实施例”、“其他实施例”、或“第一实施例～第N实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.多元传感器多物料自主搬运装置，其特征是，包括设置在车体上的传感器单元、图像采集单元、物料采集单元及控制单元；

其中，所述控制单元在进行物料识别之前获取各类物料的图片，利用深度学习方法对各种物料图片信息进行特征提取，通过大量数据的学习训练获得分类模型；

在进行物料识别时，利用图像采集单元采集物料图片信息并传输至控制单元，控制单元根据采集的物料图片信息与分类模型进行对比实现物料识别；

所述控制单元根据所识别出的物料控制物料采集单元实现对物料的采集并控制车体的移动；

在车体的移动过程中，所述图像采集单元获取道路中的障碍物并进行识别，同时利用传感器单元测得障碍物的距离，所述控制单元根据障碍物的距离进行路径的选择与控制车体的行驶；

在达到设定目标位置后，所述控制单元控制车体停止运行并控制物料采集单元释放所采集的物料。

2.权利要求1所述的多元传感器多物料自主搬运装置，其特征是，所述传感器单元为激光雷达和/或红外测距模块。

3.权利要求1所述的多元传感器多物料自主搬运装置，其特征是，所述图像采集单元采用摄像头，所述摄像头壳体顶部设有一转轴，所述转轴通过联轴器与电机相连，所述电机与控制单元电连接。

4.权利要求3所述的多元传感器多物料自主搬运装置，其特征是，所述摄像头通过支架固定在车体上，电机通过电机座与支架固定。

5.权利要求4所述的多元传感器多物料自主搬运装置，其特征是，所述支架为伸缩结构支架。

6.权利要求1所述的多元传感器多物料自主搬运装置，其特征是，所述车体上还设置有储物台；所述车体上还设置有电池。

7.权利要求1所述的多元传感器多物料自主搬运装置，其特征是，所述物料采集单元包括机械臂及机械手，所述机械臂的数量为一个，所述机械臂通过连接件连接有机械手，所述机械臂能连接多种类型的机械手，不同类型的机械手能够抓取不同的物料。

8.权利要求1所述的多元传感器多物料自主搬运装置，其特征是，所述物料采集单元包括机械臂及机械手，所述机械臂的数量为多个，每个机械臂分别连接各自对应的机械手，不同机械手之间种类不完全相同。

9.权利要求1所述的多元传感器多物料自主搬运装置，其特征是，所述物料采集单元及图像采集单元分别设置在车体不同的平面上。

10.基于多元传感器多物料自主搬运方法，其特征是，具体包括：

在进行物料识别之前获取各类物料的图片，利用深度学习方法对各种物料图片信息进行特征提取，通过大量数据的学习训练获得分类模型；

在进行物料识别时，采集物料图片信息，根据采集的物料图片信息与分类模型中所存储的信息进行对比分析实现物料识别；

将所识别出的物料根据物料的类别实现对物料的采集；

对所采集的物料进行搬运，在搬运过程中，获取道路中的障碍物并进行识别，同时测得障碍物的距离，然后根据障碍物的距离进行路径的选择与控制车体的行驶；

在达到设定目标位置后，控制车体停止运行并释放所采集的物料，返回，并进行下一物料的搬运。