CN112179272A - 快件全自动多面扫码称重测体积系统及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及快件全自动扫码测量系统领域，具体是公开一种快件全自动多面扫码称重测体积系统及其处理方法，包括自动运输叉车、多轴机械手、底面扫码相机、侧面扫码相机、顶面扫码测体积相机、扫码称重输送线和控制系统，多轴机械手在扫码称重输送线的两端分别设置，自动运输叉车用于运输码放快件的码放托盘，底面扫码相机设置在多轴机械手的工作端活动范围下方，侧面扫码相机对应在多轴机械手的工作端活动范围的侧边设置，顶面扫码测体积相机对应设置在扫码称重输送线的上方，控制系统控制整机的工作运行，扫码称重输送线上设有重力感应器。该系统改变了传统输送方法，实现多面扫码、称重、测体积等自动化快件处理，且工作效率高、机械结构紧凑、工作稳定。

Description

快件全自动多面扫码称重测体积系统及其处理方法

技术领域

本发明涉及快件全自动扫码测量系统领域，特别是涉及一种能够实现全自动多面扫码、称重、测体积的系统及处理方法。

背景技术

3C产品(所谓“3C产品”，就是计算机(duComputer)、通信(Communication)和消费类电子产品(zhiConsumerElectronics)三者结合，亦称“信息家电”。由于3C产品的体积一般都不大，所以往往在中间加一个“小”字，故往往统称为“3C小家电”)的快件通常是较为规则平整的包装，对这种快件在物流过程中的处理，当前快递行业中普遍是人工使用巴枪对快递进行逐一扫码后进行称重、测算体积、打包装车，过程中需要反复查看6个面，额外一一称重、测体积，速度慢，效率低，工人劳动量大，对于3C产品这种数量较大、体积较小、包装外观工整的快件，还在采用全人工操作的这种最原始的处理方式，显然没跟上人工智能时代的步伐，且人工操作效率难以提升，人工操作的工作过程中还容易出现错漏，错漏情况处理麻烦。

现有一些能够实现部分快件处理过程自动化的一些设备，主要应用于大型物流的使用，能够实现较多代替人工的自动化效果，但是现有设备大多硬件较为繁琐复杂，整体结构庞大，流水线较长，使用工作的稳定性有待提升，占用空间大，需要较大的场所，设备的安装运输也存在较多不便，还有在后期的设备调试、维护能方面的操作也较为麻烦，使用的成本难以降低，这并不利于现物流行业的发展应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现多面扫码、称重、测体积等自动化快件处理，且工作效率高、机械结构紧凑、工作稳定的一种快件全自动多面扫码称重测体积系统。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种快件全自动多面扫码称重测体积系统，其特征在于，包括自动运输叉车、多轴机械手、底面扫码相机、侧面扫码相机、顶面扫码测体积相机、扫码称重输送线和控制系统，所述多轴机械手在扫码称重输送线的两端分别设置，所述多轴机械手的工作端活动范围下方为供快件码放托盘放置的放置空间，所述自动运输叉车用于在将码放好快件的码放托盘运输至对应在扫码称重输送线的输入端的多轴机械手下方的放置空间内或将对应在扫码称重输送线的输出端的多轴机械手下方的放置空间内的码放托盘运输出，所述底面扫码相机设置在多轴机械手的工作端活动范围下方，所述侧面扫码相机对应在多轴机械手的工作端活动范围的侧边设置，所述顶面扫码测体积相机对应设置在扫码称重输送线的上方，所述控制系统控制整机的工作运行和扫码识别控制，所述扫码称重输送线上设有重力感应器。

所述多轴机械手包括立柱、架设在立柱上端的上框架、第一轴传动机构、第一活动板、第二轴传动机构、第二活动板、第三轴传动机构、第四轴传动机构、升降杆、视觉识别相机和吸附部件，所述吸附部件设置在升降杆的下端为所述多轴机械手的工作端，所述上框架为长方形框架，其下方构成工作活动和包含所述放置空间的廊道，所述廊道的一端为自动运输叉车的输送出入口，另一端为与扫码称重输送线输入端或输出端对接的对接口，对接时，所述多轴机械手的工作端可活动对应在扫码称重输送线输入端或输出端上方，所述第一活动板连接第一轴传动机构由其带动在上框架上移动，所述第二轴传动机构设置在第一活动板上，所述第二活动板连接第一轴传动机构由其带动在第一活动板上移动，所述第三轴传动机构设置在第二活动板上，所述升降杆设置在第四轴传动机构上由其带动升降动作，所述第四转轴机构设置在第三转轴机构上由其带动第四轴传动机构及升降杆的旋转动作，所述第一轴传动机构带动的动作方向垂直于第二轴传动机构带动的动作方向，所述视觉识别相机连接设置在第二活动板的下表面上，其镜头对应朝下；所述底面扫码相机设置在放置空间与扫码称重输送线输入端之间，在所述吸附部件吸附起快件时移动至底面扫码相机上方进行底面扫码；所述侧面扫码相机对应在升降杆活动范围内的扫码称重输送线输入端侧边上；所述扫码称重输送线的输出端上方对应设有用于输出抓取快件定位用的视觉定位相机。

所述第一轴传动机构包括分别设置在上框架长度方向两侧边框的两端上的第一主动齿轮和第一被动齿轮，分别绕设在上框架长度方向两侧边框上的第一主动齿轮和第一被动齿轮上的第一链条、连接在两第一主动齿轮间的第一联轴器及驱动第一主动齿轮转动的第一电机，所述第一活动板的两端分别连接在两第一链条上并分别与上框架长度方向两侧边框之间设有第一导向滑动结构；所述第二轴传动机构包括设置在第一活动板的两侧边的两端上的第二主动齿轮和第二被动齿轮、分别绕设在第一活动板两侧边上的第二主动齿轮和第二被动齿轮上的第二链条、连接在两第二主动齿轮间的第二联轴器及驱动第二主动齿轮转动的第二电机，所述第二活动板的两端分别连接在两第二链条上并分别与第一活动板的两侧边之间设有第二导向滑动结构；所述第三轴传动机构为设置在第二活动板上的中空回转台；所述第四轴传动机构包括设置在第三轴传动机构上的第三电机、设置在第三电机输出轴上的传动齿轮、设置在升降杆上的与传动齿轮啮合的齿条及设置在第三轴传动机构与升降杆之间的第三导向滑动结构。

所述顶面扫码测体积相机包括扫码相机和深度相机，设置在相机安装框架上，相机安装框架通过设置在扫码称重输送线侧边上的支撑连接装置支撑架设在扫码称重输送线的上方，所述支撑连接装置与相机安装框架之间通过可带动相机安装框架升降活动调节相机高度的升降调节机构连接，所述升降调节机构包括连接在支撑连接装置上的槽钢龙门架、连接架、连接件、导向轮和电动缸，所述槽钢龙门架的两立杆为两槽钢以形成槽的一侧相对间隔立设，两槽钢的上端通过横梁连接，所述连接架由两分别对应两槽钢的竖杆和横杆连接构成框架结构，框架结构的上端连接相机安装框架，所述连接件在两竖杆上分别设置并且为与槽钢形成槽的一侧相对设置，所述导向轮分别设置在两连接件上，其包括第一导向轮和第二导向轮，所述第一导向轮对应嵌入在槽钢的槽内升降滚动，所述第二导向轮对应在槽钢的槽外侧壁上升降滚动，所述电动缸固定安装在支撑连接装置上，所述连接架的横杆上设有连接座，所述电动缸的活塞杆末端连接在连接座上。

所述扫码称重输送线分为四段，每一段都有独立的输送履带和控制输送履带运转的控制电机，以输入端为第一段对应在扫码称重输送线的输入端的多轴机械手对接口内，所述侧面扫码相机对应在第一段的侧边上，第二段为输送缓冲段，所述顶面扫码测体积相机对应在第三段的上方，第四段对应在扫码称重输送线的输出端的多轴机械手的对接口内，所述视觉定位相机对应在第四段的上方。

一种快件全自动多面扫码称重测体积系统的处理方法，其特征在于，工作流程步骤如下：

(1)、人工将快件码放堆叠在码放托盘上，由自动运输叉车叉运码放好快件的码放托盘至扫码称重输送线输入端的多轴机械手的廊道放置空间的指定位置上；

完成设备启动工作前的准备工作，启动工作；

(2)、首先多轴机械手通过视觉识别相机获取堆叠在码放托盘上的快件码放状态图像，确认出要抓取的对象快件并定位出抓取位置，控制多轴机械手移动至抓取位置，升降杆下降通过吸附部件吸附抓取住对象快件，升降杆上升到设定的高度后移动到快件对应在底面扫码相机上方.

(3)、底面扫码相机进行扫码；

若底面存在条码，底面扫码相机读取条码后，升降杆移动至快件对应在扫码称重输送线第一段上方，将快件放在扫码称重输送线的第一段输送履带上，进入步骤(5)；

若底面不存在条码，升降杆移动至快件对应侧面扫码相机，进入步骤(4)；

(4)、侧面扫码相机进行扫码；

升降杆从与侧面扫码相机相对的快件第一侧面开始依次顺序转动第二侧面、第三侧面和第四侧面，每次转动90度，若在第一侧面、第二侧面或第三侧面的其中一个侧面上侧面扫码相机读取到条码后，升降杆则停止后续要进行的转动，升降杆下降将快件放在扫码称重输送线的第一段输送履带上，进入步骤(5)；

(5)、放置在扫码称重输送线的第一段的快件经各段输送履带的传送至第三段位置对应在顶面扫码测体积相机的下方，停止传送，通过第三段上设置的重力感应器获取快件重量；

若前面步骤中已经获得快件的条码信息，这里顶面扫码测体积相机通过深度相机进行快件的深度图像获取，计算处理得出快件的长、宽、高，计算出快件体积信息；

若前面步骤中还未获得快件的条码信息，这里顶面扫码测体积相机通过深度相机进行快件的深度图像获取，计算处理得出快件的长、宽、高，计算出快件体积信息，通过扫码相机读取快件条码信息；

完成快件的扫码、称重和体积测量，各段的输送履带启动传送，快件进入第四段输送履带上；

(6)、系统判断是否存在错漏，若有则发出警报人工处理，若没有通过视觉定位相机获取第四段上快件的输出定位位置，扫码称重输送线输出端的多轴机械手根据输出定位位置移动至快件的上方，其升降杆下降吸附抓取住快件，移动至该多轴机械手廊道放置空间上的提前放置好的码放托盘上方，通过该升降杆上的视觉识别相机获取该码放托盘图像，根据步骤(5)得出的体积信息计算处理得出快件的码放位置，将快件放置在码放托盘的码放位置上；

(7)、重复步骤(2)-步骤(6)的工作过程处理完步骤(1)的码放托盘上的所有快件，完成一个码放托盘的快件扫码、称重和侧体积工作；

(8)、步骤(7)完成快件扫码、称重和侧体积工作的码放托盘通过自动运输叉车叉运输出至下一个工序，扫码称重输送线输出端的多轴机械手廊道放置空间内重新放置上空的码放托盘，待下一批快件处理。

顶面扫码测体积相机步骤(1)的准备工作包括，

根据快件的高度尺寸，预先控制调节好相机安装框架的高度；

通过深度相机预先采集以第三段位置为测量背景的深度图像，计算得出深度相机距离测量背景的深度相机高度，在深度相机高度的基础上计算得出基准平面；

步骤(5)通过顶面扫码测体积相机获取图像计算快件的体积，其采用一种高精度的测量方法，步骤是这样的：1)、深度相机采集获得快件的深度图像，将快件的深度图像中低于基准平面高度的像素去除，去除后再通过轮廓检测方式定位出图像中快件的位置；

2)、对步骤1)处理后通过对深度图像中快件边缘过渡数据的筛选，去除边缘多余的过渡数据进一步精确出深度图像中快件的位置与大小；

3)、将步骤2)处理后的快件的深度图像向基准平面投影，得到投影图像；

4)、对投影图像因投影产生的孔洞进行孔洞填充；

5)、将步骤4)处理后的投影图像结合步骤2)处理后的快件深度图像和步骤(1)的背景深度图像计算得出快件的平均高度和最大高度，并依据基准平面的高度和步骤4)处理后快件在投影图像上的尺寸，进行换算得出快件的实际尺寸。

步骤2)中去除多余的过渡数据的处理方法是这样的，先遍历深度图像中快件轮廓上的所有点，这些点即为边缘数据，然后基于快件轮廓上的一点向快件内部查找多个深度数据，并比较多个深度数据中外侧数据和内部数据的差值，如果差值大于设定的差值即认为该边缘数据是过渡数据，并将其去除；步骤4)中的孔洞填充方法为通过统计各孔洞周围设定的区域内有效数据以及无效数据的个数，所述无效数据为成为孔洞的数据，反之则为有效数据，当对应孔洞直径小于设定的直径值时，将对应的孔洞填充。

步骤4)中深度图像向基准平面投影的投影公式为，

h为步骤3)处理后的快件的深度图像上快件的像素点x、y的深度值，H_b是基准面的深度值，

C_x、C_y为相机内参，

x、y为相机内参的坐标值，

X_b、Y_b是该像素点向基准平面投影后的像素坐标；

步骤5)中将步骤4)处理后通过投影图像进行换算快件的实际实际尺寸中包括快件的实际长度和实际宽度，计算公式是，

W、L分别为快件的实际宽度和实际长度，

H为基准平面的深度值，

F_x、F_y为相机内参，

w、l分别为投影图像中快件的像素宽度和像素长度。

所述基准平面的高度为深度相机能够测量快件的最大测量高度的5％-10％的高度

通过采用上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明的扫码称重测体积系统的机械主要是自动运输叉车、扫码称重输送线、各面的扫码相机和多轴机械手组成，机械设备较少，快件可多件码放在码放托盘上，由自动运输叉车来运输至本发明的系统上进行一系列全自动的各面扫码输送工作再自动码放至码放托盘上，扫码称重输送线主要是称重和顶面扫码工作，其实现的工作流程在较短的输送过程中就可完成，因此这样的机械结构布局设置设备的整体可较为紧凑，相比现有快件扫码处理流水线长度，本发明长度大大缩短，因此本发明的设备大大的减少了占用空间，还有降低了机械生产成本的投入，特别适合于类似3C产品快件这种包装工整的六面体快件的使用，其分段组合能够方便拆装运输，再次组装调试使用的难度低，降低了调试人员的操作时间且易于维护。

还有，本发明的整个系统自动化水平高，输送速度快，输送稳定，输送扫码工作效率高，扫码准确率高，操作简单便捷，减少了人工参与程度，降低了人工劳动量。另外，本发明的流水线的快件处理工作方法，改变了传统的输送方式，是一种新型的输送布局方式，自动化运行，工作效率高，人工参与程度低，人工劳动强度低，处理工作过程较短。

上述计算快件的体积采用的一种高精度的测量方法，方法过程中简单说是将快件在深度图像中精确定位出，在将其投影到基准平面上，再进行换算快件的实际尺寸。其中从深度图像中精确定位出进行了图像上多余过渡数据的去除从而提高了快件边缘精度，这是针对了在半室外或室外条件下，深度相机拍摄出来的快件边缘处会有明显过渡数据，而且对于现实中一个水平面，深度相机拍摄出来的深度数据也会有一定程度的高低起伏，因此去除多余过渡数据是非常有必要进行的，从而可以获得较高稳定性的测量精度，才能够提高边缘精度，提高计算精度。还有，在提高了边缘精度后再经过投影才进行换算快件的实际尺寸数据，这样处理得到的投影图像更接近于快件的正视图像，因此经该步骤处理后的数据能够更接近快件的实际尺寸。

综上所述，本发明的一种快件全自动多面扫码称重测体积系统为小型系统设备、机械自动化程度高、机械输送工作稳定、扫码读取准确率高，系统设备易拆装组合、再次组装使用简易，易于调试维护等优点，能够解决现有大部分物流扫码流水线不适于中小型企业、小型网点使用的问题，解决使用现有流水线大型设备对于一些中小型企业、小型网点使用投入成本负担问题，解决现有的流水线大型设备在需要移动场所使用时拆卸、组装、调试、维护等的问题。

附图说明

图1是本发明涉及的一种快件全自动多面扫码称重测体积系统的整体结构示意图；

图2是本发明涉及的多轴机械手的结构示意图；

图3是本发明涉及的扫码称重输送线与扫码相机的结构示意图；

图4是本发明涉及的升降调节机构的结构示意图；

图5是本发明涉及的计算快件的体积采用的一种高精度的测量方法的流程图；

图6a是本发明涉及的快件的实际形状示意图；

图6b是图6a的快件深度相机视角的形状示意图；

图6c是图6a的快件经过投影的形状示意图。

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来对本发明进行详细阐述。

本发明公开的一种快件全自动多面扫码称重测体积系统，如图1、图2、图3和图4所示，包括自动运输叉车1、多轴机械手2、底面扫码相机3、侧面扫码相机4、顶面扫码测体积相机5、扫码称重输送线6和控制系统(图中未示出)，所述多轴机械手2在扫码称重输送线6的两端分别设置，即扫码称重输送线6的输入输出均是采用多轴机械手2进行输入输出输送的，所述多轴机械手2的工作端活动范围下方为供快件码放托盘10放置的放置空间，所述自动运输叉车1用于在将码放好快件的码放托盘10运输至对应在扫码称重输送线6的输入端的多轴机械手2下方的放置空间内或将对应在扫码称重输送线6的输出端的多轴机械手2下方的放置空间内的码放托盘10运输出，所述底面扫码相机3设置在多轴机械手2的工作端活动范围下方，所述侧面扫码相机4对应在多轴机械手2的工作端活动范围的侧边设置，所述顶面扫码测体积相机5对应设置在扫码称重输送线6的上方，所述控制系统控制整机的工作运行和扫码识别控制，所述扫码称重输送线6上设有重力感应器(图中不可见)；上述自动运输叉车1可采用现有技术产品AGV运输叉车，如图中所示的，这是一种智能运输车，具有智能导航定位功能，精度高、承载大，智能自动化功能使用更方便高效，本发明的系统工作时，先在快件扫码处理前端将多件快件码放在码放托盘10上，由自动运输叉车1将码放托盘叉运至扫码称重输送线6输入端的多轴机械手2的工作端活动范围下方的放置空间内，然后有多轴机械手2一一将码放托盘10上的快件抓取升高移动至底面扫码相机3的上方进行底面扫码识别判断，在移动至对应侧面扫码相机4进行多个侧面的依次旋转扫码识别判断，在放置到扫码称重输送线6的输入端上输送前进，在该输送线上分别进行了快件重量的获取和通过顶面扫码测体积相机对快件顶面的进行扫码和获取图像，同时获得测量计算体积的尺寸数据，得出快件体积数值，完成后输送至该输送线的输出端，该端对应的多轴机械手2将其抓取走放置在其对应的放置空间内码放托盘上，待码放一定数量后再由自动运输叉车1将码放托盘叉运走，通过自动运输车1和多轴机械手2来代替人工的搬运整理，更高效快算，对于前端的码放无特殊要求，从上述结构可以看出本发明的系统布局很简单，整体机械设备的长度较短，从而达到占用空间小的效果，而且这种方式，由于快件是码放在码料托盘内的，输送整齐有序，在整条流水线的输送过程中不会出现堵料等情况，避免和解决了很多现有快件扫码的流水线出现的问题，因此本发明的系统使用的优异效果显著。下面结合附图详细描述各部分的详细结构位置连接关系。

所述多轴机械手2可采用现有产品，如现市场有一种机械臂形式的多轴机械手也可用于本发明系统的使用，但是这种设备购买成本高，于经济使用减少投入的角度来说使用不太理想，本发明中为解决此问题，公开了一种适用于本发明的多轴机械手2的结构，所述多轴机械手2为4轴机械手，其包括立柱21、架设在立柱21上端的上框架22、第一轴传动机构23、第一活动板24、第二轴传动机构25、第二活动板26、第三轴传动机构27、第四轴传动机构28、升降杆29、视觉识别相机201和吸附部件202，所述吸附部件202设置在升降杆29的下端为所述多轴机械手2的工作端，其可采用现有产品海绵吸盘，市场上可直接采购得到，该产品吸附稳定可靠，可稳定吸附各类尺寸的快件，，所述上框架为22长方形框架，其下方构成工作活动和包含所述放置空间的廊道，所述廊道的一端为自动运输叉车的输送出入口，另一端为与扫码称重输送线6输入端或输出端对接的对接口，如图1所示，对接时，所述多轴机械手2的工作端可活动对应在扫码称重输送线6输入端或输出端上方，所述第一活动板24连接第一轴传动机构23由其带动在上框架22上移动，所述第二轴传动机构25设置在第一活动板24上，所述第二活动板26连接第一轴传动机构23由其带动在第一活动板24上移动，所述第三轴传动机构27设置在第二活动板24上，所述升降杆29设置在第四轴传动机构28上由其带动升降动作，所述第四转轴机构28设置在第三转轴机构27上由其带动第四轴传动机构28及升降杆29的旋转动作，所述第一轴传动机构23带动的动作方向垂直于第二轴传动机构25带动的动作方向，所述视觉识别相机201连接设置在第二活动板26的下表面上，其镜头对应朝下；所述底面扫码相机3设置在放置空间与扫码称重输送线6输入端之间，在所述吸附部件202吸附起快件时移动至底面扫码相机3上方进行底面扫码；所述侧面扫码相机4对应在升降杆29活动范围内的扫码称重输送线6输入端侧边上；所述扫码称重输送线6的输出端上方对应设有用于输出抓取快件定位用的视觉定位相机7，视觉识别相机201和视觉定位相机7的设置是利用视觉自动识别快件大小和位置，以便进行快速精确定位抓取、放置、码垛的动作。

进一步，如图中所示的，本实施例中，所述第一轴传动机构23包括分别设置在上框架22长度方向两侧边框的两端上的第一主动齿轮231和第一被动齿轮232，分别绕设在上框架22长度方向两侧边框上的第一主动齿轮231和第一被动齿轮232上的第一链条233、连接在两第一主动齿轮231间的第一联轴器234及驱动第一主动齿轮231转动的第一电机(图中未示出)，所述第一活动板24的两端分别连接在两第一链条233上并分别与上框架22长度方向两侧边框之间设有第一导向滑动结构241；所述第二轴传动机构25包括设置在第一活动板24的两侧边的两端上的第二主动齿轮251和第二被动齿轮252、分别绕设在第一活动板24两侧边上的第二主动齿轮251和第二被动齿轮252上的第二链条253、连接在两第二主动齿轮251间的第二联轴器254及驱动第二主动齿轮251转动的第二电机(图中未示出)，所述第二活动板26的两端分别连接在两第二链条253上并分别与第一活动板24的两侧边之间设有第二导向滑动结构261；所述第三轴传动机构27为设置在第二活动板26上的中空回转台，所述中空回转台是一种现有产品，市场上可直接采购得到，该产品转动稳定性好，精度高；所述第四轴传动机构28包括设置在第三轴传动机构27上的第三电机(图中未示出)、设置在第三电机输出轴上的传动齿轮(图中视角不可见)、设置在升降杆29上的与传动齿轮啮合的齿条271及设置在第三轴传动机构27与升降杆29之间的第三导向滑动结构272。该结构的多轴机械手的传动机构为机械框架结构式的多维方向动作，完全能够符合本发明系统使用需要，动作灵活，其中第一、二轴传动机构在主动齿轮间设置联轴器，采用同步带动加导轨的方式进行传动，精度较高，有利于计算控制精准移动位置。

所述顶面扫码测体积相机5设置在相机安装框架8上，其包括有用于读码的扫码相机和用于体积测算的深度相机，所述深度相机在相机安装框架8内可布设多台相机，根据通常快件的大小一般两台就可，多台相机设置以相邻两相机具有视野交叉区域且所有相机合并视野能够覆盖较大范围保证快件在视野之内的方式布设，本实施例中的所述相机安装框架8包括有连接板构成的安装框架(图中不可见)、覆盖在安装框架上表面的顶盖板81和设置在安装框架侧边上的遮光板82，所述相机布设安装在顶盖板81与遮光板82内的安装框架上，形成具有一定程度遮挡自然光作用的结构，有利于减少自然光对图像获取的影响，提高扫码精准度，本实施例中相机安装框架8通过设置在扫码称重输送线6侧边上的支撑连接装置9支撑架设在扫码称重输送线6的上方，所述支撑连接装置9与相机安装框架8之间通过可带动相机安装框架8升降活动调节相机高度的升降调节机构30连接，升降的方式可预设，或临时自动调整，调整精度高，在遇到多批次多规格的快件使用时，可以很方便的满足各类扫码需求，保证扫码精准度。所述升降调节机构30包括连接在支撑连接装置9上的槽钢龙门架301、连接架302、连接件303、导向轮304和电动缸305，所述槽钢龙门架301的两立杆为两槽钢以形成槽的一侧相对间隔立设，两槽钢的上端通过横梁连接，所述连接架302由两分别对应两槽钢的竖杆和横杆连接构成框架结构，框架结构的上端连接相机安装框架8，所述连接件302在两竖杆上分别设置并且为与槽钢形成槽的一侧相对设置，所述导向轮304分别设置在两连接件303上，其包括第一导向轮3041和第二导向轮3042，所述第一导向轮3041对应嵌入在槽钢的槽内升降滚动，所述第二导向轮3042对应在槽钢的槽外侧壁上升降滚动，所述电动缸305固定安装在支撑连接装置9上，所述连接架302的横杆上设有连接座，所述电动缸305的活塞杆末端连接在连接座上，如图中所示，该结构设置能够平稳支撑导向相机安装框架41，且能够实现顺畅升降活动，该结构设置不同于现有常见升降结构设置，其通过槽钢配合导向轮的结构设置来同时达到支撑连接和导向滑动效果，结构设置简单，便于生产制造，生产制造成本低。这里说明一下，将顶面扫码测体积相机5采用上述结构设置，还可用于在遇到一些错漏需要人工进行操作时，可在该位置进行各面的扫码工作，以弥补特殊情况的使用；还有计算体积的数据尺寸是在这里进行获取尺寸数据，通过该深度相机获取图像计算得出快件的长、宽、高的尺寸数值，进而计算得出体积。

进一步，本发明中，更好的达到本发明的上述有益效果所述扫码称重输送线6可分为四段，每一段都有独立的输送履带61和控制输送履带61运转的控制电机(图中不可见)，可通过速度控制节拍，以输入端为第一段对应在扫码称重输送线6的输入端的多轴机械手2对接口内，所述侧面扫码相机4对应在第一段的侧边上，第二段为输送缓冲段，下一快件的输送等待区，所述顶面扫码测体积相机5对应在第三段的上方，第四段对应在扫码称重输送线6的输出端的多轴机械手2的对接口内，所述视觉定位相机9对应在第四段的上方，所述重力感应器可设置在任意一段上均能用于测重使用，本实施例中以设置在第三段为例来说明。

综上所述，本发明的一种快件全自动多面扫码称重测体积系统为小型系统设备、机械自动化程度高、机械输送工作稳定、扫码读取准确率高，系统设备易拆装组合、再次组装使用简易，易于调试维护等优点，能够解决现有大部分物流扫码流水线不适于中小型企业、小型网点使用的问题，解决使用现有流水线大型设备对于一些中小型企业、小型网点使用投入成本负担问题，解决现有的流水线大型设备在需要移动场所使用时拆卸、组装、调试、维护等的问题。

上述结构的一种快件全自动多面扫码称重测体积系统的处理方法，工作流程步骤如下：

(1)、人工将快件码放堆叠在码放托盘上，由自动运输叉车叉运码放好快件的码放托盘至扫码称重输送线输入端的多轴机械手的廊道放置空间的指定位置上；

完成设备启动工作前的准备工作，启动工作；

(2)、首先多轴机械手通过视觉识别相机获取堆叠在码放托盘上的快件码放状态图像，确认出要抓取的对象快件并定位出抓取位置，控制多轴机械手移动至抓取位置，升降杆下降通过吸附部件吸附抓取住对象快件，升降杆上升到设定的高度后移动到快件对应在底面扫码相机3上方.

(3)、底面扫码相机进行扫码；

若底面存在条码，底面扫码相机读取条码后，升降杆移动至快件对应在扫码称重输送线第一段上方，将快件放在扫码称重输送线的第一段输送履带上，进入步骤(5)；

若底面不存在条码，升降杆移动至快件对应侧面扫码相机，进入步骤(4)；

(4)、侧面扫码相机进行扫码；

升降杆从与侧面扫码相机相对的快件第一侧面开始依次顺序转动第二侧面、第三侧面和第四侧面，每次转动90度，若在第一侧面、第二侧面或第三侧面的其中一个侧面上侧面扫码相机读取到条码后，升降杆则停止后续要进行的转动，升降杆下降将快件放在扫码称重输送线的第一段输送履带上，进入步骤(5)；

(5)、放置在扫码称重输送线的第一段的快件经各段输送履带的传送至第三段位置对应在顶面扫码测体积相机的下方，停止传送，通过第三段上设置的重力感应器获取快件重量；

若前面步骤中已经获得快件的条码信息，这里顶面扫码测体积相机通过深度相机进行快件的深度图像获取，计算处理得出快件的长、宽、高，计算出快件体积信息；

若前面步骤中还未获得快件的条码信息，这里顶面扫码测体积相机通过深度相机进行快件的深度图像获取，计算处理得出快件的长、宽、高，计算出快件体积信息，通过扫码相机读取快件条码信息；

完成快件的扫码、称重和体积测量，各段的输送履带启动传送，快件进入第四段输送履带上；

(6)、系统判断是否存在错漏，若有则发出警报人工处理，若没有通过视觉定位相机获取第四段上快件的输出定位位置，扫码称重输送线输出端的多轴机械手根据输出定位位置移动至快件的上方，其升降杆下降吸附抓取住快件，移动至该多轴机械手廊道放置空间上的提前放置好的码放托盘上方，通过该升降杆上的视觉识别相机获取该码放托盘图像，根据步骤(5)得出的体积信息计算处理得出快件的码放位置，将快件放置在码放托盘的码放位置上；

(7)、重复步骤(2)-步骤(6)的工作过程处理完步骤(1)的码放托盘上的所有快件，完成一个码放托盘的快件扫码、称重和侧体积工作；

(8)、步骤(7)完成快件扫码、称重和侧体积工作的码放托盘通过自动运输叉车叉运输出至下一个工序，扫码称重输送线输出端的多轴机械手廊道放置空间内重新放置上空的码放托盘，待下一批快件处理。

为提高快件的体积计算精度，顶面扫码测体积相机在上述步骤(1)的准备工作中包括，

根据快件的高度尺寸，预先控制调节好相机安装框架的高度；

通过深度相机预先采集以第三段位置为测量背景的深度图像，计算得出深度相机距离测量背景的深度相机高度，在深度相机高度的基础上计算得出基准平面，本实施例中基准平面的高度为深度相机能够测量快件的最大测量高度的5％-10％的高度为较佳的基准平面，以较佳高度的基准平面能够使得快件的成像更接近于实际快件形状，有利于提高本方法的测量精度。

步骤(5)通过顶面扫码测体积相机获取图像计算快件的体积，其采用一种高精度的测量方法，如图5所示，步骤是这样的：1)、深度相机采集获得快件的深度图像，将快件的深度图像中低于基准平面高度的像素去除，去除后再通过轮廓检测方式定位出图像中快件的位置；这里轮廓检测方式可采用常规的canny边缘轮廓算法，该步骤对深度图像进行初步的像素去除处理，主要是为了消除测量背景的干扰。

2)、对步骤1)处理后通过对深度图像中快件边缘过渡数据的筛选，去除边缘多余的过渡数据进一步精确出深度图像中快件的位置与大小；

该步骤的进行主要是由于在半室外或室外条件下深度相机拍摄的深度图像上快件的边缘处会有明显的过渡数据，而且对于现实中一个水平面，深度相机拍摄出来的深度数据也会有一定程度的高低起伏，对于这些问题就需要先进行这些明显的过渡数据的处理才能得到进一步的精确数据。本实施例中公开的去除多余的过渡数据的处理方法是这样的，先遍历深度图像中快件轮廓上的所有点，这些点即为边缘数据，然后基于快件轮廓上的一点向快件内部查找多个深度数据，并比较多个深度数据中外侧数据和内部数据的差值，如果差值大于设定的差值即认为该边缘数据是过渡数据，并将其去除；这里向内查找的深度数据要多少个(或为多少层)，两个数据之间间隔多少去进行比较，比较的差异数据(即上述差值)多大算是过渡数据等等的这些参数需要根据具体的深度相机拍摄环境、深度相机高度和快件高度等来决定。

3)、将步骤2)处理后的快件的深度图像向基准平面投影，得到投影图像；向基准平面投影即通过向下投影可以消除快件上较高的部分在深度图像中对快件边缘的破坏，可以还原较高部分的原始位置，更接近于快件的俯视图像，还有在后续的计算中，使用的是基准平面的深度值，而不是快件上表面的平均的深度值，因为当快件的上表面并不是一个水平面的时候，使用上表面的平均深度值计算长和宽本身就是错误的，因此通过本步骤的投影，这样计算出来的数据更接近于快件的实际尺寸。

本发明中深度图像向基准平面投影的投影公式为，

h为步骤3)处理后的快件的深度图像上快件的像素点x、y的深度值，

H_b是基准面b的深度值，

C_x、C_y为相机内参，

x、y为相机内参的坐标值，

X_b、Y_b是该像素点向基准平面投影后的像素坐标。

该步骤的处理效果可从图6a-图6c三个图中来看出，当快件存在高度差时，深度相机直接拍摄出来的深度图像如6b所示，如果直接使用此图像计算快件的长度和宽度，很明显计算出来的快件长度会比实际值偏大，而将深度相机视角下的深度图向向采用上面公式投影后，会变成如图6c所示，如此使用向下投影后的图像才可以更为精确的计算出快件的长度和宽度。

4)、投影步骤中由于深度值的起伏，会导致投影后出现孔洞，特别是在偏室外的条件下，孔洞会特别多，因此，这里需要对投影图像因投影产生的孔洞进行孔洞填充；本发明中公开的孔洞填充方法为通过统计各孔洞周围设定的区域内(如孔洞周围3x3或者5x5像素区域内)有效数据以及无效数据的个数，所述无效数据为成为孔洞的数据，反之则为有效数据，当对应孔洞直径小于设定的直径值时，将对应的孔洞用临近数据填充。

5)、将步骤4)处理后的投影图像结合步骤2)处理后的快件深度图像和步骤(1)的背景深度图像计算得出快件的平均高度和最大高度，并依据基准平面的高度和步骤4)处理后快件在投影图像上的尺寸，进行换算得出快件的实际尺寸；该步骤中通过投影图像进行换算快件的实际实际尺寸中包括快件的实际长度和实际宽度，计算公式是，

W、L分别为快件的实际宽度和实际长度，

H为基准平面的深度值，

F_x、F_y为相机内参，

w、l分别为投影图像中快件的像素宽度和像素长度。

上述的测量方法过程不同于于现有常用的体积测量方法，该方法特别适合于半室外条件下的深度图像的处理计算，可以获得较高稳定性的测量精度，同时还支持不规则、表面有高低起伏的快件测量。

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)

1.一种快件全自动多面扫码称重测体积系统，其特征在于，包括自动运输叉车、多轴机械手、底面扫码相机、侧面扫码相机、顶面扫码测体积相机、扫码称重输送线和控制系统，所述多轴机械手在扫码称重输送线的两端分别设置，所述多轴机械手的工作端活动范围下方为供快件码放托盘放置的放置空间，所述自动运输叉车用于在将码放好快件的码放托盘运输至对应在扫码称重输送线的输入端的多轴机械手下方的放置空间内或将对应在扫码称重输送线的输出端的多轴机械手下方的放置空间内的码放托盘运输出，所述底面扫码相机设置在多轴机械手的工作端活动范围下方，所述侧面扫码相机对应在多轴机械手的工作端活动范围的侧边设置，所述顶面扫码测体积相机对应设置在扫码称重输送线的上方，所述控制系统控制整机的工作运行和扫码识别控制，所述扫码称重输送线上设有重力感应器。

2.如权利要求1所述的一种快件全自动多面扫码称重测体积系统，其特征在于，所述多轴机械手包括立柱、架设在立柱上端的上框架、第一轴传动机构、第一活动板、第二轴传动机构、第二活动板、第三轴传动机构、第四轴传动机构、升降杆、视觉识别相机和吸附部件，所述吸附部件设置在升降杆的下端为所述多轴机械手的工作端，所述上框架为长方形框架，其下方构成工作活动和包含所述放置空间的廊道，所述廊道的一端为自动运输叉车的输送出入口，另一端为与扫码称重输送线输入端或输出端对接的对接口，对接时，所述多轴机械手的工作端可活动对应在扫码称重输送线输入端或输出端上方，所述第一活动板连接第一轴传动机构由其带动在上框架上移动，所述第二轴传动机构设置在第一活动板上，所述第二活动板连接第一轴传动机构由其带动在第一活动板上移动，所述第三轴传动机构设置在第二活动板上，所述升降杆设置在第四轴传动机构上由其带动升降动作，所述第四转轴机构设置在第三转轴机构上由其带动第四轴传动机构及升降杆的旋转动作，所述第一轴传动机构带动的动作方向垂直于第二轴传动机构带动的动作方向，所述视觉识别相机连接设置在第二活动板的下表面上，其镜头对应朝下；所述底面扫码相机设置在放置空间与扫码称重输送线输入端之间，在所述吸附部件吸附起快件时移动至底面扫码相机上方进行底面扫码；所述侧面扫码相机对应在升降杆活动范围内的扫码称重输送线输入端侧边上；所述扫码称重输送线的输出端上方对应设有用于输出抓取快件定位用的视觉定位相机。

3.如权利要求2所述的一种快件全自动多面扫码称重测体积系统，其特征在于，所述第一轴传动机构包括分别设置在上框架长度方向两侧边框的两端上的第一主动齿轮和第一被动齿轮，分别绕设在上框架长度方向两侧边框上的第一主动齿轮和第一被动齿轮上的第一链条、连接在两第一主动齿轮间的第一联轴器及驱动第一主动齿轮转动的第一电机，所述第一活动板的两端分别连接在两第一链条上并分别与上框架长度方向两侧边框之间设有第一导向滑动结构；所述第二轴传动机构包括设置在第一活动板的两侧边的两端上的第二主动齿轮和第二被动齿轮、分别绕设在第一活动板两侧边上的第二主动齿轮和第二被动齿轮上的第二链条、连接在两第二主动齿轮间的第二联轴器及驱动第二主动齿轮转动的第二电机，所述第二活动板的两端分别连接在两第二链条上并分别与第一活动板的两侧边之间设有第二导向滑动结构；所述第三轴传动机构为设置在第二活动板上的中空回转台；所述第四轴传动机构包括设置在第三轴传动机构上的第三电机、设置在第三电机输出轴上的传动齿轮、设置在升降杆上的与传动齿轮啮合的齿条及设置在第三轴传动机构与升降杆之间的第三导向滑动结构。

4.如权利要求3所述的一种快件全自动多面扫码称重测体积系统，其特征在于，所述顶面扫码测体积相机包括扫码相机和深度相机，设置在相机安装框架上，相机安装框架通过设置在扫码称重输送线侧边上的支撑连接装置支撑架设在扫码称重输送线的上方，所述支撑连接装置与相机安装框架之间通过可带动相机安装框架升降活动调节相机高度的升降调节机构连接，所述升降调节机构包括连接在支撑连接装置上的槽钢龙门架、连接架、连接件、导向轮和电动缸，所述槽钢龙门架的两立杆为两槽钢以形成槽的一侧相对间隔立设，两槽钢的上端通过横梁连接，所述连接架由两分别对应两槽钢的竖杆和横杆连接构成框架结构，框架结构的上端连接相机安装框架，所述连接件在两竖杆上分别设置并且为与槽钢形成槽的一侧相对设置，所述导向轮分别设置在两连接件上，其包括第一导向轮和第二导向轮，所述第一导向轮对应嵌入在槽钢的槽内升降滚动，所述第二导向轮对应在槽钢的槽外侧壁上升降滚动，所述电动缸固定安装在支撑连接装置上，所述连接架的横杆上设有连接座，所述电动缸的活塞杆末端连接在连接座上。

5.如权利要求4所述的一种快件全自动多面扫码称重测体积系统，其特征在于，所述扫码称重输送线分为四段，每一段都有独立的输送履带和控制输送履带运转的控制电机，以输入端为第一段对应在扫码称重输送线的输入端的多轴机械手对接口内，所述侧面扫码相机对应在第一段的侧边上，第二段为输送缓冲段，所述顶面扫码测体积相机对应在第三段的上方，第四段对应在扫码称重输送线的输出端的多轴机械手的对接口内，所述视觉定位相机对应在第四段的上方。

6.如上述权利要求所述的一种快件全自动多面扫码称重测体积系统的处理方法，其特征在于，工作流程步骤如下：

(1)、人工将快件码放堆叠在码放托盘上，由自动运输叉车叉运码放好快件的码放托盘至扫码称重输送线输入端的多轴机械手的廊道放置空间的指定位置上；

完成设备启动工作前的准备工作，启动工作；

(2)、首先多轴机械手通过视觉识别相机获取堆叠在码放托盘上的快件码放状态图像，确认出要抓取的对象快件并定位出抓取位置，控制多轴机械手移动至抓取位置，升降杆下降通过吸附部件吸附抓取住对象快件，升降杆上升到设定的高度后移动到快件对应在底面扫码相机3上方.

(3)、底面扫码相机进行扫码；

若底面存在条码，底面扫码相机读取条码后，升降杆移动至快件对应在扫码称重输送线第一段上方，将快件放在扫码称重输送线的第一段输送履带上，进入步骤(5)；

若底面不存在条码，升降杆移动至快件对应侧面扫码相机，进入步骤(4)；

(4)、侧面扫码相机进行扫码；

升降杆从与侧面扫码相机相对的快件第一侧面开始依次顺序转动第二侧面、第三侧面和第四侧面，每次转动90度，若在第一侧面、第二侧面或第三侧面的其中一个侧面上侧面扫码相机读取到条码后，升降杆则停止后续要进行的转动，升降杆下降将快件放在扫码称重输送线的第一段输送履带上，进入步骤(5)；

(5)、放置在扫码称重输送线的第一段的快件经各段输送履带的传送至第三段位置对应在顶面扫码测体积相机的下方，停止传送，通过第三段上设置的重力感应器获取快件重量；

若前面步骤中已经获得快件的条码信息，这里顶面扫码测体积相机通过深度相机进行快件的深度图像获取，计算处理得出快件的长、宽、高，计算出快件体积信息；

若前面步骤中还未获得快件的条码信息，这里顶面扫码测体积相机通过深度相机进行快件的深度图像获取，计算处理得出快件的长、宽、高，计算出快件体积信息，通过扫码相机读取快件条码信息；

完成快件的扫码、称重和体积测量，各段的输送履带启动传送，快件进入第四段输送履带上；

(6)、系统判断是否存在错漏，若有则发出警报人工处理，若没有通过视觉定位相机获取第四段上快件的输出定位位置，扫码称重输送线输出端的多轴机械手根据输出定位位置移动至快件的上方，其升降杆下降吸附抓取住快件，移动至该多轴机械手廊道放置空间上的提前放置好的码放托盘上方，通过该升降杆上的视觉识别相机获取该码放托盘图像，根据步骤(5)得出的体积信息计算处理得出快件的码放位置，将快件放置在码放托盘的码放位置上；

(7)、重复步骤(2)-步骤(6)的工作过程处理完步骤(1)的码放托盘上的所有快件，完成一个码放托盘的快件扫码、称重和侧体积工作；

(8)、步骤(7)完成快件扫码、称重和侧体积工作的码放托盘通过自动运输叉车叉运输出至下一个工序，扫码称重输送线输出端的多轴机械手廊道放置空间内重新放置上空的码放托盘，待下一批快件处理。

7.如权利要求6所述的一种快件全自动多面扫码称重测体积系统的处理方法，其特征在于，顶面扫码测体积相机步骤(1)的准备工作包括，

根据快件的高度尺寸，预先控制调节好相机安装框架的高度；

通过深度相机预先采集以第三段位置为测量背景的深度图像，计算得出深度相机距离测量背景的深度相机高度，在深度相机高度的基础上计算得出基准平面；

步骤(5)通过顶面扫码测体积相机获取图像计算快件的体积，其采用一种高精度的测量方法，步骤是这样的：1)、深度相机采集获得快件的深度图像，将快件的深度图像中低于基准平面高度的像素去除，去除后再通过轮廓检测方式定位出图像中快件的位置；

2)、对步骤1)处理后通过对深度图像中快件边缘过渡数据的筛选，去除边缘多余的过渡数据进一步精确出深度图像中快件的位置与大小；

3)、将步骤2)处理后的快件的深度图像向基准平面投影，得到投影图像；

4)、对投影图像因投影产生的孔洞进行孔洞填充；

5)、将步骤4)处理后的投影图像结合步骤2)处理后的快件深度图像和步骤(1)的背景深度图像计算得出快件的平均高度和最大高度，并依据基准平面的高度和步骤4)处理后快件在投影图像上的尺寸，进行换算得出快件的实际尺寸。

8.如权利要求7所述的一种快件全自动多面扫码称重测体积系统的处理方法，其特征在于，步骤2)中去除多余的过渡数据的处理方法是这样的，先遍历深度图像中快件轮廓上的所有点，这些点即为边缘数据，然后基于快件轮廓上的一点向快件内部查找多个深度数据，并比较多个深度数据中外侧数据和内部数据的差值，如果差值大于设定的差值即认为该边缘数据是过渡数据，并将其去除；步骤4)中的孔洞填充方法为通过统计各孔洞周围设定的区域内有效数据以及无效数据的个数，所述无效数据为成为孔洞的数据，反之则为有效数据，当对应孔洞直径小于设定的直径值时，将对应的孔洞填充。

9.如权利要求8所述的一种快件全自动多面扫码称重测体积系统的处理方法，其特征在于，步骤4)中深度图像向基准平面投影的投影公式为，

h为步骤3)处理后的快件的深度图像上快件的像素点x、y的深度值，

H_b是基准面的深度值，

C_x、C_y为相机内参，

x、y为相机内参的坐标值，

X_b、Y_b是该像素点向基准平面投影后的像素坐标；

步骤5)中将步骤4)处理后通过投影图像进行换算快件的实际实际尺寸中包括快件的实际长度和实际宽度，计算公式是，

W、L分别为快件的实际宽度和实际长度，

H为基准平面的深度值，

F_x、F_y为相机内参，

w、l分别为投影图像中快件的像素宽度和像素长度。

10.如权利要求7、8或9所述的一种快件全自动多面扫码称重测体积系统的处理方法，其特征在于，所述基准平面的高度为深度相机能够测量快件的最大测量高度的5％-10％的高度。

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