CN110084849A - 具自动测量体积和重量的物流系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具自动测量体积和重量的物流系统，包括体积和重量测量装置、信息读取模块、上位机及输出模块，体积和重量测量装置包括用于采集包裹尺寸的体积采集模块和采集包裹重量的重量采集模块，上位机包括获取体积采集模块数据进行运算的尺寸计算单元、获取重量采集模块数据和尺寸计算单元的数据进行基本信息配置的基本配置单元、获取物流信息和信息读取模块数据的物流信息单元及用于存储物流系统参数、物流信息数据、运算程序数据的数据存储单元，输出模块由上位机控制输出；该物流系统为集尺寸测量、重量测量、运费结算、信息输出等功能于一体的一站式物流平台，以有效提高物流企业的自动化水平、货物管理水平，降低人力成本，提升服务质量与服务效率。

Description

具自动测量体积和重量的物流系统
技术领域
本发明涉及物流系统领域，特别是涉及具有自动测量包裹或其他物体体积和重量的物流系统。
背景技术
随着物流行业的迅速发展，传统物流的作业方式已经无法满足产业的作业需求，降低物流成本、提高物流时效性、提升服务品质已成为我国物流业亟需解决的问题。
近年来，3D成像技术不断发展，包括了双目立体成像、结构光3D成像及TOF成像等，随着该技术在物流装备中的应用，不断提高了物流产业的自动化程度，国内物流装备技术进入快速增长阶段，尤其以京东、顺丰为代表的物流自动化装备的应用，这些大型设备主要针对物品的进出、库存、分拣、包装、配送等物流活动，显著提高了物流效率及质量。
上述的这种大型物流装备价格昂贵、结构复杂、配置及操作要求高，需要配备专业的技术人才进行管理及维护，不适用于中小物流企业，如对于类似菜鸟驿站的快递收发站和物流收发点，几乎完全靠人力完成收件、分拣、装车整个过程，通过人工测量、计算出包裹的尺寸和重量，再手动向计算机输入该信息，并打印快递面单，自动化程度低，工作效率低，人力成本高，尤其对于大件包裹，在包裹尺寸测量过程只能依靠人工完成，且需要两个人配合测量尺寸，该作业过程人工参与度高、效率低下、测量误差较大。
目前也存在自动测量物体尺寸的设备，但还未有针对物流收发点的不同尺寸包裹测量使用的自动化系统，有鉴于此，本案发明人致力研究，开发改进，遂有本案产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具自动测量体积和重量的物流系统，该物流系统为集尺寸测量、重量测量、运费结算、信息输出等功能于一体的一站式物流平台，以有效提高物流企业的自动化水平、货物管理水平，降低人力成本，提升服务质量与服务效率。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种具自动测量体积和重量的物流系统，包括体积和重量测量装置、信息读取模块、上位机及输出模块，所述体积和重量测量装置包括用于采集包裹尺寸的体积采集模块和采集包裹重量的重量采集模块，所述上位机包括获取体积采集模块数据进行运算的尺寸计算单元、获取重量采集模块数据和尺寸计算单元的数据进行基本信息配置的基本配置单元、获取物流信息和信息读取模块数据的物流信息单元及用于存储物流系统参数、物流信息数据、运算程序数据的数据存储单元，所述输出模块由上位机控制输出。
所述输出模块包括快递面单的快递信息打印机输出和/或物流信息的显示屏输出；所述信息读取模块包括了读取身份信息的身份证读卡器和/或采集现场图片信息的相机。
所述体积和重量测量装置包括设有称重装置的测量台面、设有自动升降装置的升降杆、连接在升降杆上端并对应在测量台面上方的安装杆和安装在安装杆上的两个视觉相机，所述视觉相机为基于结构光或TOF技术的三维立体相机。
所述物流系统的体积测量方法步骤如下：
S1、进行相机的全局标定，把标定板放置于两个视觉相机的公共视野范围区域，通过红外补光灯照射到标定板表面，获取标定图像，设定标定板的一个角点为世界坐标的原点，标定板平面为XOY平面，分别计算各个相机到该世界坐标系下的旋转平移矩阵M，完成相机的全局标定；
S2、视觉相机高度初始化，高度初始化的高度值可为升降高度的最高值或者由用户输入设定的值；
S3、把包裹放置于测量台面的中间区域；
S4、两个视觉相机分别采集深度图像，并把数据传输至尺寸计算单元；
S5、尺寸计算单元对深度图像进行预处理、图像分割、图像拼接，得出包裹区域；以保证深度图像中的包裹区域边缘与深度图像边线的距离不小于最小值d0的前提下尽量提高包裹区域面积占整幅深度图像比例的原则，根据拼接图像和包裹的深度信息判断高度调整值，高度调整值的运算公式为，
h为调整高度值，负值表示降低高度，正值表示升高高度；
H为包裹上表面到相机高度的均值；
d0为设定的包裹区域边缘与深度图像边线的最小距离值；
d为深度图像的实际包裹区域边缘与深度图像边线的距离值；
fxy为体积相机的归一化焦距；
θ为体积相机的视场角；
S6、根据下式判断是否需要调整高度，如果需要调整则返回步骤S4，如果不需要调整则进入步骤S7；
|h|≤h0
h为调整高度值；
h0为调整高度阈值；
S7、根据处理好的深度图像计算两个包裹的点云信息，再进行点云拼接，得出包裹点云，分析计算包裹点云的长、宽、高、体积，由此得到包裹尺寸。
步骤S7中点云拼接转换公式如下，
为世界坐标系下的坐标表示；
M为视觉相机到世界坐标系的旋转平移矩阵；
为世界坐标系下的坐标表示。
步骤S7中点云分析及尺寸计算过程如下，拼接后的点云进行平滑处理，把三维物体坐标投影到XOY平面，检测该平面图像的轮廓，计算轮廓的外接矩形，该矩形的长和宽为被测物体的长和宽；三维物体在Z轴方向的宽度便是被测物体的高度，从而进一步计算出包裹的体积。
所述体积和重量测量装置还包括补光灯和RGB相机，步骤3中RGB相机拍摄包裹状态，补光灯根据环境光的强弱决定是否开启补光。
升降杆设置在测量台面的一侧边，所述升降杆包括固定推杆、同轴嵌套在固定推杆内的活动推杆和设置在固定推杆下端的电动推杆电机，所述固定推杆、活动推杆及电动推杆电机之间设有升降传动结构，所述安装杆的端部连接在活动推杆的上端。
通过采用上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、上述测量方法可替代人工完成包裹尺寸测量及数据录入的过程，测量过程中无需人工参与，可减少人工劳动力，降低人工成本；
2、上述测量计算方法可有效提高测量精度，计算得出更符合包裹实际的尺寸信息，降低体积计算的误差率；
3、上述的测量方法是通过采集图像，对图像进行分析计算的，提高作业效率。
4、上述的测量方法为基于机器视觉，软件系统程序自动计算的，采集、计算效率高、出错率低；
5、上述的测量方法可应用于不同大小类型的包裹测量，设备结构、配置相较现有大型测量设备较为简易、小型，制造成本相对较低，无需配备专业的技术人才进行管理及维护，可符合中小物流需求，也可用于其他行业需进行物体测量的使用；
综上，本发明是针对物流行业现状及存在问题研发的一套高效、快捷，集尺寸测量、重量测量、运费结算、信息输出等功能于一体的一站式物流平台；该系统结构简单、实施成本低，操作容易、易于扩展，且涵盖物流过程的各个环节，适用于中小物流企业，可有效提高物流企业的自动化水平、货物管理水平，降低人力成本，提升服务质量与服务效率。
附图说明
图1是本发明涉及的具自动测量体积和重量的物流系统的结构示意图；
图2是本发明涉及的具自动测量体积和重量的物流系统的流程图；
图3是本发明涉及的具自动测量体积和重量的物流系统中体积和重量测量装置的结构示意图。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例结合附图来对本发明进行详细阐述。
本发明公开的一种具自动测量体积和重量的物流系统，如图1所示，包括体积和重量测量装置、信息读取模块、上位机及输出模块，下面详细描述各部位置连接关系及物流系统的工作流程。
所述体积和重量测量装置，包括用于采集包裹尺寸的体积采集模块和采集包裹重量的重量采集模块，本实施例中，如图3所示，所述体积和重量测量装置包括设有称重装置的测量台面1、设有自动升降装置的升降杆2、连接在升降杆2上端并对应在测量台面1上方的安装杆3和安装在安装杆3上的两个视觉相机4，所述设有自动升降装置的升降杆2，如图中所示的为设置在测量台面1一侧边的升降杆2，所述升降杆2包括固定推杆21、同轴嵌套在固定推杆21内的活动推杆22和设置在固定推杆21下端的电动推杆电机23，所述固定推杆21、活动推杆22及电动推杆电机23之间设有升降传动结构(图中未示出),所述电动推杆电机23连接上位机，通过上位机控制电动推杆电机23升降启停，所述安装杆3的端部连接在活动推杆23的上端，本发明中的所述称重装置可采用重量测量传感器，所述视觉相机为两个的设置可满足大尺寸货物测量的视野要求，本实施例中可优选但不局限的为基于结构光或TOF技术的三维相机，基于结构光或TOF技术的三维相机是现有技术产品，通过红外发射器向被测物体投射红外散斑，深度传感器接收红外反射光，由此获取被测物体红外散斑，深度传感器接收红外反射光，由此测得被测物体(即包裹)的高度信息，这里不再详细描述，若在以后的技术发展中出现新的光学技术相机也可应用于本发明的方法中，本实施例中，所述体积和重量测量装置还包括补光灯5和相机6，这里相机可采用RGB相机，补光灯作为RGB相机的补光装置，可适用环境光照不足的情况，RGB相机用于采集包裹的图像，便于不在设备现场的用户可实时查看包裹的状态，上述结构的体积和重量测量装置的结构相对现在的一些大型物流装备体积小，占用空间小，结构更轻便灵活，特别适合于收发站和物流收发点等小场所站点的摆放使用。
所述上位机包括获取体积采集模块数据进行运算的尺寸计算单元、获取重量采集模块数据和尺寸计算单元的数据进行基本信息配置的基本配置单元、获取物流信息(这里的获取可以是用户录入或是其他传感设备读入的物流信息)和信息读取模块数据的物流信息单元及用于存储物流系统参数(如相机参数、基本配置数据等)、物流信息数据、运算程序数据的数据存储单元，所述输出模块由上位机控制输出；所述输出模块包括快递面单的快递信息打印机输出和/或物流信息的LED显示屏输出等，所述信息读取模块包括了读取身份信息的身份证读卡器和/或采集现场图片信息的相机等；所述尺寸计算单元的功能包括对图像传感器获取的数据进行处理和分析，以计算包裹的各项尺寸；所述基本配置单元的功能包括推车高度、运费单价、重量信息等基本信息配置及打印管理。
本发明的物流系统工作流程，如图2所示公开的一种流程是这样的：首先，对体积和重量测量装置进行升降高度初始化，即视觉相机的高度初始化，将包裹放置在测量台面上，获取深度图像，同时将图像数据和重量数据传输给尺寸单元，接着，尺寸计算单元进行图像处理计算高度，判断视觉相机是否要调节高度，即判断是否要控制自动升降装置伸缩升降杆以改变视觉相机的高度，如果要调节高度则进行调节高度，并调节后重新获取深度图像，重新计算判断高度直至调整到合适的视觉相机工作视野范围，才进入深度图像分析计算的包裹尺寸信息，得出包裹的长、宽、高、体积等尺寸信息，如果不需要调整则直接进入深度图像分析计算的包裹尺寸信息，得出包裹的长、宽、高、体积等尺寸信息；另外，信息读取模块读取身份证信息和/或其他包裹信息传输给基本配置单元、物流信息单元，经用户确认包裹信息后，上位机控制包裹信息输出，可包括输出给LED显示屏显示包裹信息、输出给打印机打印快递面单以及将包裹物流信息传送给数据存储单元存储。
本发明中公开一种物流系统的体积测量方法步骤如下：
S1、进行相机的全局标定，把标定板放置于两个视觉相机的公共视野范围区域，通过红外补光灯照射到标定板表面，获取标定图像，设定标定板的一个角点为世界坐标的原点，标定板平面为XOY平面，分别计算各个相机到该世界坐标系下的旋转平移矩阵M，完成相机的全局标定；
S2、视觉相机高度初始化，高度初始化的高度值可为升降高度的最高值或者由用户输入设定的值；
S3、把包裹放置于测量台面的中间区域；RGB相机拍摄包裹状态，补光灯根据环境光的强弱决定是否开启补光，以便用户可通过实时清晰的RGB图像查看包裹的状态。
S4、两个视觉相机分别采集深度图像，并把数据传输至尺寸计算单元；
S5、尺寸计算单元对深度图像进行预处理、图像分割、图像拼接，得出包裹区域；以保证深度图像中的包裹区域边缘与深度图像边线的距离不小于最小值d0的前提下尽量提高包裹区域面积占整幅深度图像比例的原则，根据拼接图像和包裹的深度信息判断高度调整值，高度调整值的运算公式为，
h为调整高度值，负值表示降低高度，正值表示升高高度；
H为包裹上表面到相机高度的均值；
d0为设定的包裹区域边缘与深度图像边线的最小距离值；
d为深度图像的实际包裹区域边缘与深度图像边线的距离值；
fxy为体积相机的归一化焦距；
θ为视觉相机的视场角；
S6、根据下式判断是否需要调整高度，如果需要调整则返回步骤S4，如果不需要调整则进入步骤S7；
|h|≤h0
h为调整高度值；
h0为调整高度阈值；
S7、根据处理好的深度图像计算两个包裹的点云信息，再进行点云拼接，得出包裹点云，分析计算包裹点云的长、宽、高、体积，由此得到包裹尺寸。
步骤S7中点云拼接转换公式如下，
为世界坐标系下的坐标表示；
M为视觉相机到世界坐标系的旋转平移矩阵；
为世界坐标系下的坐标表示。
步骤S7中点云分析及尺寸计算过程如下，拼接后的点云进行平滑处理，把三维物体坐标投影到XOY平面，检测该平面图像的轮廓，计算轮廓的外接矩形，该矩形的长和宽为被测物体的长和宽；三维物体在Z轴方向的宽度便是被测物体的高度，从而进一步计算出包裹的体积。
通过上述技术方案，本发明的物流系统高效、快捷，集尺寸测量、重量测量、运费结算、信息输出等功能于一体的一站式物流平台；该物流系统结构简单、实施成本低，操作容易、易于扩展，且涵盖物流过程的各个环节，适用于中小物流企业，可有效提高物流企业的自动化水平、货物管理水平，降低人力成本，提升服务质量与服务效率。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (10)

1.一种具自动测量体积和重量的物流系统，其特征在于：包括体积和重量测量装置、信息读取模块、上位机及输出模块，所述体积和重量测量装置包括用于采集包裹尺寸的体积采集模块和采集包裹重量的重量采集模块，所述上位机包括获取体积采集模块数据进行运算的尺寸计算单元、获取重量采集模块数据和尺寸计算单元的数据进行基本信息配置的基本配置单元、获取物流信息和信息读取模块数据的物流信息单元及用于存储物流系统参数、物流信息数据、运算程序数据的数据存储单元，所述输出模块由上位机控制输出。
2.如权利要求1所述的一种具自动测量体积和重量的物流系统，其特征在于：所述输出模块包括快递面单的快递信息打印机输出和/或物流信息的显示屏输出；所述信息读取模块包括了读取身份信息的身份证读卡器和/或采集现场图片信息的相机。
3.如权利要求1或2所述的一种具自动测量体积和重量的物流系统，其特征在于：所述体积和重量测量装置包括设有称重装置的测量台面、设有自动升降装置的升降杆、连接在升降杆上端并对应在测量台面上方的安装杆和安装在安装杆上的两个视觉相机，所述视觉相机为基于结构光或TOF技术的三维立体相机。
4.如权利要求3所述的一种具自动测量体积和重量的物流系统，其特征在于：所述物流系统的体积测量方法步骤如下：
S1、进行相机的全局标定，把标定板放置于两个视觉相机的公共视野范围区域，通过红外补光灯照射到标定板表面，获取标定图像，设定标定板的一个角点为世界坐标的原点，标定板平面为XOY平面，分别计算各个相机到该世界坐标系下的旋转平移矩阵M，完成相机的全局标定；
S2、视觉相机高度初始化，高度初始化的高度值可为升降高度的最高值或者由用户输入设定的值；
S3、把包裹放置于测量台面的中间区域；
S4、两个视觉相机分别采集深度图像，并把数据传输至尺寸计算单元；
S5、尺寸计算单元对深度图像进行预处理、图像分割、图像拼接，得出包裹区域；以保证深度图像中的包裹区域边缘与深度图像边线的距离不小于最小值d0的前提下尽量提高包裹区域面积占整幅深度图像比例的原则，根据拼接图像和包裹的深度信息判断高度调整值，高度调整值的运算公式为，
h为调整高度值，负值表示降低高度，正值表示升高高度；
H为包裹上表面到相机高度的均值；
d0为设定的包裹区域边缘与深度图像边线的最小距离值；
d为深度图像的实际包裹区域边缘与深度图像边线的距离值；
fxy为体积相机的归一化焦距；
θ为视觉相机的视场角；
S6、根据下式判断是否需要调整高度，如果需要调整则返回步骤S4，如果不需要调整则进入步骤S7；
|h|≤h0
h为调整高度值；
h0为调整高度阈值；
S7、根据处理好的深度图像计算两个包裹的点云信息，再进行点云拼接，得出包裹点云，分析计算包裹点云的长、宽、高、体积，由此得到包裹尺寸。
5.如权利要求4所述的一种具自动测量体积和重量的物流系统，其特征在于：步骤S7中点云拼接转换公式如下，
为世界坐标系下的坐标表示；
M为视觉相机到世界坐标系的旋转平移矩阵；
为世界坐标系下的坐标表示。
6.如权利要求5所述的一种具自动测量体积和重量的物流系统，其特征在于：步骤S7中点云分析及尺寸计算过程如下，拼接后的点云进行平滑处理，把三维物体坐标投影到XOY平面，检测该平面图像的轮廓，计算轮廓的外接矩形，该矩形的长和宽为被测物体的长和宽；三维物体在Z轴方向的宽度便是被测物体的高度，从而进一步计算出包裹的体积。
7.如权利要求4所述的一种具自动测量体积和重量的物流系统，其特征在于：所述体积和重量测量装置还包括补光灯和RGB相机，步骤3中RGB相机拍摄包裹状态，补光灯根据环境光的强弱决定是否开启补光。
8.如权利要求3所述的一种具自动测量体积和重量的物流系统，其特征在于：所述体积和重量测量装置还包括设置在安装杆上的补光灯和RGB相机。
9.如权利要求3所述的一种具自动测量体积和重量的物流系统，其特征在于：升降杆设置在测量台面的一侧边，所述升降杆包括固定推杆、同轴嵌套在固定推杆内的活动推杆和设置在固定推杆下端的电动推杆电机，所述固定推杆、活动推杆及电动推杆电机之间设有升降传动结构，所述安装杆的端部连接在活动推杆的上端。
10.如权利要求8所述的一种具自动测量体积和重量的物流系统，其特征在于：所述体积和重量测量装置还包括设置在安装杆上的补光灯和RGB相机。
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