CN110963034A - 一种基于无人机的高架库智能仓储管理系统及其管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无人机的高架库智能仓储管理系统，包括无人机飞行控制系统，用于高架库的无人机巡航控制；搭载于无人机上的图像采集系统、无线图像传输系统，图像采集系统在无人机的巡航过程中采集图像，无线图像传输系统将所采集图像传输至服务器；信息管理控制系统，是安装在服务器端的软件系统，用于接收、整理并监测图像信息；辅助系统，包括布设于高架库内的灯光系统和专用定位图案，用于辅助无人机进行安全可靠的巡航以及图像采集和精准定位，可以实现采用无人机巡航结合图像处理技术、机器视觉技术实现对货品堆叠情况检测、货品信息盘点、环境监测和堆垛机监测，很好的解决了现有技术中存在的问题。

Description

一种基于无人机的高架库智能仓储管理系统及其管理方法

技术领域

本发明涉及仓储物流技术领域，具体的说，是一种基于无人机的高架库智能仓储管理系统及其管理方法。

背景技术

立体仓库系统在工厂、物流系统、机关单位等起着物料存储配给的作用。随着信息化时代的来临和对仓储服务的需求的变化，传统的立体高架库信息监控系统已经难以满足需求。传统的立体高架库信息管理办法，因为主要是人眼观测堆垛机等方法，所以存在对仓储货物的管理难度大，工作效率低等诸多问题。利用无人机技术、机器视觉技术以及其他先进的信息技术可以对高架库进行有效的管理，解决高架库管理困难、效率低等相关现存管理问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无人机的高架库智能仓储管理系统及其管理方法，用于解决现有技术中传统的立体高架库信息管理办法，因为主要是人眼观测堆垛机等方法，所以存在对仓储货物的管理难度大，工作效率低等问题。

本发明通过下述技术方案解决上述问题：

一种基于无人机的高架库智能仓储管理系统，包括：

无人机飞行控制系统，用于高架库的无人机巡航控制；

搭载于无人机上的图像采集系统、无线图像传输系统，图像采集系统在无人机的巡航过程中采集图像，无线图像传输系统将所采集图像传输至服务器；

信息管理控制系统，是安装在服务器端的软件系统，用于接收、整理并监测图像信息；

辅助系统，包括布设于高架库内的灯光系统和专用定位图案，用于辅助无人机进行安全可靠的巡航以及图像采集和精准定位。

优选地，所述无人机飞行控制系统主要包括飞行控制器、陀螺仪加速度计、定位摄像头、电调、电机以及相关的机械部件。

优选地，所述图像采集系统包括单目摄像机和云台防抖系统。

优选地，所述信息管理控制系统的整理和监测，包括货品盘点、货物堆叠检测、仓库环境检测和堆垛机运行情况监测，并将图像分类为货品盘点图像、货品堆叠图像、仓库环境图像和堆垛机运行状态图像，分析图像得到所需信息。

优选地，所述灯光系统为COB型LED透光灯结合反射光机械装置上的定制晶格镀铝反光膜。

优选地，所述专用定位图案由大小不一样的英文字母或汉字构成。

本发明还包括一种基于无人机的高架库智能仓储管理方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：在高架库中搭建无人机工作的必要条件，并在无人机上搭载图像采集系统和无线图像传输系统；

步骤2：规划无人机的自动巡航路线，在无人机的巡航过程中进行高架库内的图像采集，然后经无线图像传输系统实时的传至服务器；

步骤3：服务器接收图像信息，并进行存储和分析处理；

步骤4：更新无人机的自动巡航路线，重复步骤2-4。

优选地，所述无人机工作的必要条件为辅助系统，包括灯光系统和专用定图案。

优选地，所述巡航路线的规划包括设定巡航目标和巡航时间，其中巡航目标为被检测对象，包括货品、仓库环境和堆垛机。

优选地，所述图像采集的过程为，无人机自动飞行到目标位置后，向服务器发送到达信号，然后多次获取目标图像传输到服务器；

所述服务器对图像信息的分析处理过程包括对图像进行分类识别，然后对不同种类的图像进行分类场景识别，并对不同种类的图像分别采用不同的图像处理算法处理得到需要的数据。

整个系统包括两大部分，一部分是无人机系统，另外一部分为部署在服务器上的信息管理控制系统，无人机系统的目的是在黑暗的高架库环境中进行自动巡航，实时采集、传输货物、仓库环境、堆垛机运行情况等相关图像信息；信息管理控制系统的目的是实时接收图像信息，对各种图像信息进行实时处理，盘点管理立体高架库的货品信息、检查货物堆放情况，检测环境是否存在异常、监测堆垛机工作情况。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明设计一套基于无人机的高架库智能仓储管理系统，可以实现采用无人机巡航结合图像处理技术、机器视觉技术实现对货品堆叠情况检测、货品信息盘点、环境监测和堆垛机监测，很好的解决了现有技术中传统的立体高架库信息管理办法，因为主要是人眼观测堆垛机等方法，所以存在对仓储货物的管理难度大，工作效率低等问题。

附图说明

图1为本发明的基于无人机的高架库智能仓储管理系统结构示意框图

图2为本发明的基于无人机的高架库智能仓储管理系统的管理方法流程示意框图。

图3为本发明的基于无人机的高架库智能仓储管理系统的定位专用图案示意图；

图4为本发明的基于无人机的高架库智能仓储管理系统的灯光系统安装示意图。

附图中标记：1-货架；2-定制晶格镀铝反光膜；3-COB型LED投光灯；4-COB型LED投光灯；5-定制晶格镀铝反光膜反射面板；6-无人机。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

结合附图1所示，一种基于无人机的高架库智能仓储管理系统，主要包括以下部分：

无人机飞行控制系统101，用于系统的无人机巡航的控制，其中主要包括飞行控制器，陀螺仪加速度计、定位摄像头、电调、电机以及相关都机械部件。飞行控制器用于无人机的飞行控制，主要是运行控制算法对电调、电机进行精准控制。陀螺仪加速度计用于检测飞机的状态，反馈无人机的姿态信息给控制系统。定位摄像头用于采集地面图像信息，实现无人机的精准悬停。

图像采集系统102，用于采集立体高架库的图像信息，其中包括高分辨率的单目摄像头和云台防抖系统。高分辨单目摄像头保障采集到的图像清晰可靠，云台防抖系统从机械结构方面，消除图像抖动，保障图像信息的可靠性。

无线图像传输系统103，用于将图像信息无线传输到服务器软件系统。无线图像传输系统采用基于5.8G的无线图像协议的图传系统，保障图像信息的可靠稳定传输。

信息管理控制系统104，用于对图像信息进行实时显示、处理以及对无人机的飞行控制、自动巡线控制等相关的操作。信息管理控制系统，是安装在专用服务器端的软件系统和无线图传系统的接收端系统。实现对无线图传的图像信息进行实时显示，对高架库环境图像、货品图像、货物堆叠图像、堆垛机运行情况图像等进行分类，然后对其进行去噪、识别等相关图像处理，达到对高架库环境异常情况检测、货品盘点、货物堆叠情况检测、堆垛机异常监测等目的。

辅助系统105，包括灯光系统和专用定位图案，参考图3、图4所示。灯光系统主要是针对高架库的黑暗工作环境，补充环境照度，保证无人机采集图像的有效性和可靠性，利用反射光机械装置，实现从下往上照射灯光，保障在黑暗的高架库上端同样可以采集到有效的、可靠的图像信息。在货架1上安装定制晶格镀铝反光膜2、5，利用反射光机械装置上的定制晶格镀铝反光膜2、5，可以使得灯光的照度不至于太高，影响无人机底部定位摄像头的定位工作，且可以使得照射面积足够大，保证采集图像的可靠、稳定性。灯光系统采用的COB的LED投光灯3、4，在货架1的下方设置COB的LED投光灯3、4，可以有效降低LED灯光的条纹现象，保障无人机的定位系统的稳定可靠运行。专用定位图案，因为高架库的地面是光滑的水泥地面，地面纹理特征不明显，无人机6的光流法定位存在悬停不稳、漂移严重情况，为此，设计了专用的定位图案。专用定位图案由四种大小不一样的英文字母和汉字构成，最细小的纹理特征，采用的汉字作为纹理图案，因为汉字是象形文字，具有丰富的条纹信息，适合近距离的定位。较大的英文字母，同样和汉字一样具有丰富的条纹信息，在远距离定位时，可以提供足够的特征信息。通过不同纹理图案的叠加设计和一定的排布，可以使得采用光流法定位的无人机在纹理特征不明显的场景，实现精准定位。

结合附图2所示，与上述管理系统相对应的管理方法具体包括如下步骤：

S101搭建高架库工作环境的无人机工作条件：

具体来说，搭建高架库工作环境的无人机工作条件，主要是针对高架库的黑暗工作环境，需要首先使用辅助系统，来完成无人机自动巡航工作的前期准备工作，其中包括：

第一步：搭建灯光系统，包括安装反射光机械装置和打开COB型LED投光灯，调节灯光强度并调好位置。

第二步：铺设辅助定位专用纹理图案，在高架库的地面铺设，试飞无人机，观测无人机的定位悬停情况，根据无人机的最佳悬停位置来调整图案的铺设位置。

S102无人机自动巡航路线规划：

具体来说，无人机自动巡航路线规划，就是规划无人机在立体高架库的飞行路线。其中包括：

第一步：设置巡航目标，设定巡航目标是指设置检测的对象，其中选择对象包括货品、仓库环境、堆垛机。

第二步：设置巡航时间，设定无人机巡航的时间，让无人机在设定时间内完成任务。

以上两步操作都是在信息管理控制系统软件上进行设定，并且可以实时修改，无人机会实时更新其目标和航线。

S103无人机获取图像信息；

具体来说，获取图像信息，就是指无人机在自动巡航时，根据先前设定的巡航的目标，自动获取目标图像，其工作步骤包括：

第一步：无人机在设置检测对象后，自动飞行到目标位置，到达位置后，给服务器端的信息管理控制系统发送到达信号。

第二步：无人机获取目标对象的图像，到达目标位置后，会获取多张图像，确保获取图像信息的可靠性。

S104无线图像传输系统传输图像信息。

具体来说，无线图像传输系统传输图像信息，就是指安装在无人机上的无线图像传输系统实时的传输图像信息到服务器端的信息管理控制系统，同时接收信息管理控制系统的控制命令。

S105信息管理控制系统接收、处理、存储信息。

具体来说，信息管理控制系统接收、处理、存储信息是指服务器端的信息管理控制系统接收无线图像传输系统传回的图像信息，然后分别对不同种类的图像进行处理、存储。其中工作步骤包括：

步骤5.1.1：无人机到达指定目标后，获取图像，通过无线图像传输系统传输至服务器端的信息管理控制系统系统。

步骤5.1.2：对图像信息进行分类识别，具体来讲是对不同种类的信息进行分类场景识别，其中包括货品盘点图像、货品堆叠图像、高架库环境图像、堆垛机运行图像。

步骤5.1.3，对不同种类的图像，分别采用不同的图像处理算法进行处理：

具体来说，针对货物盘点图像信息，是进行条码识别：

步骤5.2.1，将图像的灰度图像分别计算梯度，用X方向梯度减去Y方向梯度，这样可以保留X方向特征并且去除Y方向的干扰。

步骤5.2.2，对处理后的图像进行一次模糊并且二值化，条形码出现了黑色的缝隙，去除黑色缝隙，进行闭运算，算子根据缝隙的情况，宽度大于高度。

步骤5.2.3，对图像进行形态学腐蚀一次，再进行四次膨胀计算。

步骤5.2.4，计算图像中每个轮廓的面积，选出面积最大的那个轮廓，计算这个轮廓的最小外包矩形，就能找到相应的图像区域了，最后有就是对图像运用zbar识别库进行识别。

针对货品堆叠情况的识别，采用的方法包括：

步骤5.3.1，对图像进行去噪，消除噪点；

步骤5.3.2，对图像进行分割，找出货品堆叠的区域；

步骤5.3.3，进行图像灰度化，同时对图像采用canny边缘检测算法进行边缘检测，将处理后的边缘图像与标准模板图像进行图像匹配，判断是否堆叠异常。

对于高架库环境图像检测，具体来说是对高架库的环境进行实时监测，具体步包括：

步骤5.4.1，对采集的图像进行颜色监测和形状识别，当出现火焰颜色和形状时既可以判断出现火灾；

步骤5.4.2，对烟雾图像进行识别，当出现以上两种情况时，信息管理控制系统自动发出报警，并且无人机自动返航。

对于堆垛机运行情况监测，主要是对采集到的堆垛机图像进行处理，处理方法包括：

步骤5.5.1，对图像进行去噪；

步骤5.5.2，对图像进行分割找到堆垛机的运行指示灯区域；

步骤5.5.3，对指示灯区域进行灯光识别，就可以判断堆垛机的工作状态，当出现异常情况的时候，信息管理控制系统发出报警。

步骤5.5.4，对出现的异常图像或者需要保存的图像信息、盘点的货物信息进行存储更新到数据库。

S106更新无人机自动巡航路线，具体来说，更新巡航路线是指完成指定目标的自动巡航完成后或者改变巡航目标，设置下一个巡航目标的操作。其步骤包括：

第一步，在服务器端的信息管理控制系统中手动打开更新无人机自动巡航路线开关，让无人机暂停工作。

第二步，设置新的巡航目标和巡航时间。

第三步，无人机更新自动巡航路线，开始工作，重复前述的所有步骤。

本发明解决了大型立体高架库仓储管理的问题，针对立体高架库的存在的管理困难、高度依靠人工作业、管理效率低等现存问题。本发明的一个目的是提供一种基于无人机的高架库智能仓储管理系统，利用无人机技术、图像处理技术、计算机控制技术等，完成对立体高架库的货品盘点、货品堆叠情况检测、仓库环境检测、堆垛机运行情况监测，满足现代物流中高架库智能管理的需求

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (10)

1.一种基于无人机的高架库智能仓储管理系统，其特征在于，包括：

无人机飞行控制系统，用于高架库的无人机巡航控制；

搭载于无人机上的图像采集系统、无线图像传输系统，图像采集系统在无人机的巡航过程中采集图像，无线图像传输系统将所采集图像传输至服务器；

信息管理控制系统，是安装在服务器端的软件系统，用于接收、整理并监测图像信息；

辅助系统，包括布设于高架库内的灯光系统和专用定位图案，用于辅助无人机进行安全可靠的巡航以及图像采集和精准定位。

2.根据权利要求1所述基于无人机的高架库智能仓储管理系统，其特征在于：所述无人机飞行控制系统主要包括飞行控制器、陀螺仪加速度计、定位摄像头、电调、电机以及相关的机械部件。

3.根据权利要求1所述基于无人机的高架库智能仓储管理系统，其特征在于：所述图像采集系统包括单目摄像机和云台防抖系统。

4.根据权利要求1所述基于无人机的高架库智能仓储管理系统，其特征在于：所述信息管理控制系统的整理和监测，包括货品盘点、货物堆叠检测、仓库环境检测和堆垛机运行情况监测，并将图像分类为货品盘点图像、货品堆叠图像、仓库环境图像和堆垛机运行状态图像，分析图像得到所需信息。

5.根据权利要求1所述基于无人机的高架库智能仓储管理系统，其特征在于：所述灯光系统为COB型LED透光灯结合反射光机械装置上的定制晶格镀铝反光膜。

6.根据权利要求1所述基于无人机的高架库智能仓储管理系统，其特征在于：所述专用定位图案由大小不一样的英文字母或汉字构成。

7.一种基于无人机的高架库智能仓储管理方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：在高架库中搭建无人机工作的必要条件，并在无人机上搭载图像采集系统和无线图像传输系统；

步骤2：规划无人机的自动巡航路线，在无人机的巡航过程中进行高架库内的图像采集，然后经无线图像传输系统实时的传至服务器；

步骤3：服务器接收图像信息，并进行存储和分析处理；

步骤4：更新无人机的自动巡航路线，重复步骤2-4。

8.根据权利要求7所述的基于无人机的高架库智能仓储管理方法，其特征在于，所述无人机工作的必要条件为辅助系统，包括灯光系统和专用定图案。

9.根据权利要求7所述的基于无人机的高架库智能仓储管理方法，其特征在于，所述巡航路线的规划包括设定巡航目标和巡航时间，其中巡航目标为被检测对象，包括货品、仓库环境和堆垛机。

10.根据权利要求7所述的基于无人机的高架库智能仓储管理方法，其特征在于，所述图像采集的过程为，无人机自动飞行到目标位置后，向服务器发送到达信号，然后多次获取目标图像传输到服务器；

所述服务器对图像信息的分析处理过程包括对图像进行分类识别，然后对不同种类的图像进行分类场景识别，并对不同种类的图像分别采用不同的图像处理算法处理得到需要的数据。

Images