CN113231319A - 一种基于agv小车的智能分拣系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于AGV小车的智能物流分拣系统。系统采用了具有光学自动引导装置的无人搬运车，通过光电传感器对货物条形码进行视觉识别，将含有分拣信息的特征信号传送给AVG小车。最终由小车按照程序指令设定的路线，实现货物的分拣搬运工作。相对于传统的人工分拣装置，该系统能够有效的降低分拣出错率，提高配送中心的运营效率，减少人工成本，具有十分广阔的应用前景。

Description

一种基于AGV小车的智能分拣系统

技术领域

本发明涉及电子信息领域，具体涉及一种基于AGV小车的智能物流分拣系统装置。适用于帮助分拣行业降低分拣出错率、提高配送运营效率、减少人工成本。

背景技术

世界经济的快速发展和信息技术的巨大进步让物流行业这个国民经济中的一个新兴服务行业在国内迅速崛起。目前，现代物流作为一种比较先进的管理理念和组织方式，被认为是提高劳动生产率，企业降低物耗以外的第三利润的源泉。由于超大规模集中配送的效率难题和成本优势，提高配送中心的运营效率这已成了大中型企业改善现代物流的重要举措。作为配送中心的主要作业环节和核心设备，分拣系统的技术与效率也越来越受到关注我国现代物流发展较晚，对自动分拣系统的研究也刚起步，分拣作业大部分都是采用的人工分拣，少数采用了机械分拣和人工分拣相结合的半自动分拣方式，而自动分拣所占比例非常低，其中一个重要原因就是目前技术还不成熟，跟国外相比相差甚远。但自动分拣系统技术作为分拣领域中主要发展趋势，也是我国在分拣技术领域中的发展方向，有着半自动分拣和人工分拣不可比拟的优势:降低劳动强度、减少工作人员数量、降低分拣出错率、提高分拣效率。

随着社会不断的发展，市场竞争也越来越激烈，因此，各大生产企业都迫切地需要改进自己落后的生产技术，从而提高生产效率，特别是在要进行材料自动分拣的企业以往一直采用半自动分拣或人工分拣的方法，使生产效率非常低，生产成本相当高，导致企业的竞争能力差。材料自动分拣已成为了企业的唯一选择。针对上述问题，研究一种高效率的材料自动分拣系统以势在必行。

从20世纪60年代开始，世界上就有国家开始着手于物流分拣系统的模型研究，80年代后，国外的物流系统迅速发展，并归纳于5个子系统：合并前聚集、订单挑选、感应、合并、搬运分拣，从而将订单获得与不同传送带有机地结合起来成一个高效的物流分拣系统。

现代物流的发展刚刚起步，所以还没有形成一个比较完整的体系。我国现代物流业将逐渐步入发展阶段，目前检测、自动控制技术、信息处理技术的应用和发展迅速，但多为人工和电子智能的结合，就应用领域和产品种类而言，要在我国实现物理的机械化、现代化还任重而道远。

发明内容

针对物流分拣行业中出现的种种问题，本发明提供了一种基于AGV小车的智能分拣系统装置。相比于传统分拣系统而言，全自动的智能系统在效率、环保等方面占据着十分明显的优势，节省劳动力，同时大大降低分拣时间，已经成为了目前快递、餐饮、家用等服务行业的一个主要发展方向。而视觉系统作为系统的重要组成部分，其分辨的准确性直接决定着分拣系统的综合性能指标。当前服务业发展迅猛，人们日益扩大的需求对服务提出了更高的要求，更快更有效率而又不失质量的服务才是现在社会需要的。分拣系统采用全自动智能操作，能在保证服务质量的同时，确保服务效率和速度，节省劳动力，又大大推进服务行业的进步。

一种基于AGV小车的智能分拣系统，该装置包括控制系统、视觉识别模块、信息传输系统和小车运输系统；所述控制系统包括上位机Labview控制单元、视觉模块控制单元、信息传输控制和运输系统控制组成，为整个系统的主要单元；所述视觉识别模块用于接收控制系统发出的工作信号并对条形码进行扫描；所述信息传输系统用于连接前端和后端模块，将视觉识别模块扫描到的条形码信息通过自主拟定的协议发送至上位机的TXT文件中，上位机控制系统借助Labview提取信息并模块化识别，识别到的关键信息转化为控制信号通过信息传输系统传送到小车运输系统；所述小车运输系统用于对货物的运输分拣，小车接收到条形码信息，按照既定的路线运送货物投入不同的分拣口完成分拣工作。进一步地，该系统的主控模块结构如图2，主控模块是该系统的中心关键模块，是系统全自动化工作的关键，同时也是数据信息传输处理的核心所在。主控模块通过上位机 Labview进行编程构建，由于视觉识别模块与控制器的通信协议不同，信号在传输过程中需要进行大量复杂转换，为了减低信号变换的复杂性，对信息传输系统采用软件处理方式，整个环节由LabVIEW完成，其重点在于对物流分拣信息的读取、提取和发送。视觉识别模块已将扫描获得的信息传送至上位机指定文档。通过文件的访问和读取，采用 Match pattern模块逐个识别数据，并通过Array subset模块将数据以数组的形式发送，再利用VISA配置串行端口，设置波特率、数据位以及起始终止位，最后搭建模块将提取到的数据通过上位机串口发送至小车运输系统。

进一步地，统的自动化物流分拣主要还是依靠大型的物流分拣设备，虽然具有较高的物流分拣效率，但是物流分拣设备的大型化就决定了工作场地的大型化，如我国的大型自动分拣机就是一整套极其大型的自动化设备，由于它的机械传输线很长，在配备相应的机电设备，通常需要10000平米以上的占地面积以及10-15米高的立体仓库，这让自动分拣机显得格外臃肿，适用范围也大大受限。而人工分拣又有低效，不准确等弊端因素。为适应现代物流行业需求，可以将AGV小车应用到分拣系统上。首先，AGV小车运输系统的成本相对于传统的大型分拣机器而言大幅度减低，开销对于中小型的物流集散中心更易于承受。其次，AGV小车能更灵活地适应分拣场地，可以通过程序来设定小车的行驶路径，对于场地的大小，设备的要求也不算苛刻。最后，相对于人工分拣，AGV小车分拣拥有更高的效率以及准确性。对于应用在分拣系统中的AGV小车一般包括循迹运输、调速避障、分拣卸货等模块。

进一步地，图3显示了运输系统AGV小车，图4为模拟运输场地。运输系统这包括三个部分功能，即：识别接收信息、按照既定路线循迹到达指定位置、运输过程的调速避障。循迹运输包括路径识别以及驱动单元两部分，路径识别模块主要由光电传感器组成，采用反射接收原理，配置了一对红外发射、接受传感器。主要功能是识别路线轨道以及路面的特殊标识，根据预先设置好的线路为小车提供行驶转向、停车卸货等动作信号；驱动单元采用L298N进行直流电机的驱动，具有驱动以及闭环控制的功能，是AGV小车实现物流分拣的基础模块。在实际运输中为了使提高运输效率，常使用多台AGV小车协同完成分拣工作，由于不同小车所携带的货物重量不同，若想获得较好的控制效果，就需要对电机转速进行闭环控制，采集小车的速度信息并反馈给控制器，使得整个系统平稳运行。为了确保安全系统还加入了红外避障模块，防止高速分拣时出现小车相撞的情况。

附图说明

图1系统整体控制框图

图2上位机程序框图

图3运输系统AGV小车

图4模拟运输场地

图5视觉模块线性CCD

图6TXT文件自动保存软件

图7系统硬件框图

图8系统软件框图

图9D/A转换原理图

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。

基于AGV小车的智能分拣系统装置视觉模块核心为线性CCD，实物图如图5所示，视觉模块通过探头对条形码进行扫描，获得其中的信息，并通过P2P通信协议借助数据线传输到上位机中，在指定路径的TXT文件中保存，并保持实时更新，方便后续数据的传输、保存和处理，编写软件如图6所示，上位机对TXT文件中的数据进行匹配、数组化并传输到运输系统，运输系统处理字符串数据，获得相关地址信息，按照既定的路线进行运输，完成分拣。

控制原理

总体控制策略必须包括以下内容：前端视觉系统控制；上位机程序总控；移动设备控制。

1、前端视觉系统控制

本发明前端视觉系统采用线性CCD对二维码进行扫描处理，把光学影像转化为数字信号， CCD上植入微小光敏物质，植入的光敏物质越多，像素数越多，提供的画面分辨率也就越高，本发明应用场合为货物条形码的扫描，条形码包含信息的码值间距极小，需要较高的像素来提高分辨度，因此对CCD的要求也较高。本发明在前端设置传感器，在感应到货物到达后，上位机控制视觉系统工作，扫描条形码信息，CCD对条形码图像进行平铺式取点，以此获得相应的光影信息，并将光影信息进行二值化获得数字信号，然后通过 P2P通信协议，借助数据线传送到上位机等待下一步处理。

2、上位机程序总控

本发明的上位机程序总控是整个系统的核心环节，通过传感器和其他模块形成闭环，向其他模块发送指令并接受其他模块的指令反馈，从而精确处理数据，达到信息识别的效果。本发明通过Labview程序框图完成控制过程，因为可以直接对数据文件进行打开、匹配、数组化和识别的操作，可以避免因为通信协议的不同造成数据传输的错误或者增加程序的复杂性。当有货物送到后，传感器感应并将开始信号送至上位机，上位机将开始扫描的信号传输给视觉模块，待视觉模块通过数据线将数据传输到特定路径的特定文件中后，对文件进行读取和处理，在这一过程中，上位机会不停地扫描文件中的信息，当有新的数据送到会自动更新TXT文件的内容，如果显示有数据传输到上位机，但TXT文件没有进行更新，会进行报错，跳过此条信息，并将错误信息送至前端，视觉系统会进行重新扫描，待上位机输送信息处理完毕后，前端模块再将物件进行分拣运输，若多次未能正确传输数据，上位机反馈停止信息到前端，前端会对此物件进行“舍弃”操作，即送到人工分拣区进行检查或分拣；当数据送至TXT文件中，上位机确认文件更新后，会对数据进行匹配、数组化、字符连接和识别，最后转换为计算机可以识别的语言，并将其中的地址信息挑出传送至运输模块。

3、移动设备控制

本发明采用AGV小车进行运输分拣的环节，由于体型小所需场地并无严苛的要求，能够适应当前物流行业需求，运输成本相比于传统的大型分拣机器而言大幅度减低，开销对于一般的物流中心来说更容易承受，还能够大大提高运输效率，同时，AGV车相比于人工有更高的准确度。移动设备的控制包括上位机程序的传输、信息识别、循迹运输、调速避障和分拣卸货，上位机将包含货物地址信息的数据送至小车的控制器中，控制器会根据快递商家的不同对信息进行不同码值的识别，并匹配提前输入CPU中的路径，然后小车进行循迹前往分拣口，循迹运输包括路径识别以及驱动单元两部分，路径识别模块主要由光电传感器组成，采用反射接收原理，配置了一对红外发射、接受传感器。主要功能是识别路线轨道以及路面的特殊标识，根据预先设置好的线路为小车提供行驶转向、停车卸货等动作信号；驱动单元采用L298N进行直流电机的驱动，具有驱动以及闭环控制的功能，是AGV小车实现物流分拣的基础模块；在实际运输中为了使提高运输效率，常使用多台 AGV小车协同完成分拣工作，由于不同小车所携带的货物重量不同，若想获得较好的控制效果，就需要对电机转速进行闭环控制，采集小车的速度信息并反馈给控制器，使得整个系统平稳运行。为了确保安全系统还加入了红外避障模块，防止高速分拣时出现小车相撞的情况；最终卸货通过舵机将货物推入分拣口，舵机是遥控模型、人形机器人控制动作的动力来源，主要由驱动控制电路、小型电动机、可调电位器以及多组变速齿轮组成，在小车运输系统中，采用舵机翻转载物台的动作，最终实现将货物分拣到指定位置的功能。

二、系统硬件原理

本发明“一种基于AGV小车的智能分拣系统装置”主要有硬件、软件具有稳定实用，易于实现的特点，相比于其它的传统分拣装置，本发明在保证分拣准确度的同时，具有更低的开发和应用成本，对场地和器材的要求更低。该装置可以满足各类快递物流中心的要求。其系统的硬件框图如图7所示，主要包括视觉识别、图像处理、信息传输、运载系统和控制系统。

视觉识别装置为光电开关及摄像头等视频取材，光电开关主要采用透过式红外光电开关，即为主同步光电开关，位置由分拣系统中的运载系统位置速度决定；线性CCD拥有很好的128 点检测算法，通过对图像进行二值化，方便检测和下一步的控制。

图像处理系统将由上位机进行操作，通过摄像式的拍摄方式进行数据传输，采用激光二极管折射的光，通过镜片折射到摆动器然后形成一条光线，通过这条光线进行传输。利用光电元件将检测到的光信号转换成电信号，再将电信号通过模拟数字转换器转化为数字信号传输到计算机中处理。当扫描一副图像的时候，光源照射到图像上后反射光穿过透镜会聚到扫描模组上，由扫描模组把光信号转换成模拟数字信号，同时指出那个像数的灰暗程度。这时候模拟-数字转换电路把模拟电压转换成数字讯号，传送到上位机。

信息传输依旧采取上位机，通过WIFI模块将转化后的简单信号传送到运输系统。

运载系统采取最简单的单片机控制小车，L298N控制电机，动力控制采用红外循迹，应用编码器检测速度，当循迹不到时电机倒转急停，速度为零时停止倒转，等待后倒入物件，返回。

三、软件设计原理

软件设计流程如图8，首先要对扫描图像进行处理，常用为线性CCD，将通过上位机进行二值化处理，由于像素等不确定因素，额外加入摄像头、红外扫描处理。

在对图像处理前，须将其进行AD-DA转换，AD转换原理图如图9所示。采样方法应满足采样定理，适当加入抗混迭滤波器；宽带化，如在中频对模拟信号进行数字化，信号带宽通常在十几到几十兆赫兹；保持较高的信号动态范围；高采样率，应尽量在中频或射频工作，以尽可能保证整机的软件化处理；减少量化噪声。主要是将当前数字信号重建为模拟信号。对图像处理后，将信息传输至运输系统，运输系统通过提前设置好的线路，循迹前进，到达终点，需通过软件进行速度扫描，直到急停结束，对其延时，给予电机信号，物件倒入分拣口，并将运输系统返回。

Claims (5)

1.本发明公开了一种基于AGV小车的智能物流分拣系统装置。用于替代国内大多数物流分拣集散中心采用的成本较高、效率和准确率较低的人工分拣方式。系统的整体框图如图1，该装置包括控制系统、视觉识别模块、信息传输系统和小车运输系统；所述控制系统包括上位机Labview控制单元、视觉模块控制单元、信息传输控制和运输系统控制组成，为整个系统的主要单元；所述视觉识别模块用于接收控制系统发出的工作信号并对条形码进行扫描；所述信息传输系统用于连接前端和后端模块，将视觉识别模块扫描到的条形码信息通过自主拟定的协议发送至上位机的TXT文件中，上位机控制系统借助Labview提取信息并模块化识别，识别到的关键信息转化为控制信号通过信息传输系统传送到小车运输系统；所述小车运输系统用于对货物的运输分拣，小车接收到条形码信息，按照既定的路线运送货物投入不同的分拣口完成分拣工作。其特征在于：控制系统采用上位机总体控制；通过上位机信息传输避免了对复杂的通信协议进行解析，方便传输；采用AGV小车，适应现代物流行业需求；系统全自动化；采用调速避障模块，安全高效。

2.根据权利要求1所述的基于AGV小车的智能物流分拣系统装置，其特征在于通过上位机控制避免了进行复杂的通信协议的解析，主控系统如图2，图中可以看出主控系统模块结构，是由信息采集识别模块和标准I/O串口通信VISA模块组成，信息采集识别模块的主要作用是将传输到上位机TXT文件中的条形码信息进行数组化提取和识别，首先是“打开/创建/替换文件”和“读取文件”函数，通过设置文件路径，对上位机中的文件进行精确检索并读取；其次是TXT文件数据的识别，这里用到了“匹配模式”函数，此函数对数据字符串进行模块化，通过不断循环识别所有字符，达到对数据的匹配效果；最后是“数组子集”和“连接字符串”函数，这两个函数模块将之前模块化后的字符进行数组化并连接起来输出，方便后续程序对每一个字符进行处理，这样便可以达到识别数据信息的效果；VISA模块通过设定通信协议，即波特率、数据比特值、奇偶校验位数据流控制，将数据通过外接蓝牙传输至运输系统。

3.根据权利要求2所述的基于AGV小车的智能物流分拣系统装置，其特征在于系统的全自动化，整个系统在上位机主控程序的带动下，可以自主完成从条形码信息采集、处理传输和货物运输分拣的过程，在前端，当识别到有货物送达后，上位机发送指令到视觉模块，视觉模块采集二维码信息并通过数据线传输至上位机，数据信息保存在指定路径的TXT文件中，并会对文件信息进行实时更新，方便下次信息传输和处理，上位机通过循环识别每个数据并传送至运输系统，运输设备对数据有效信息，即地址信息进行识别判断，不同的地址会有不用的运行路径，运输小车借助识别的信息按照既定的路径行走，将货物投送到指定位置完成分拣。

4.根据权利要求1所述的基于AGV小车的智能物流分拣系统装置，其特征在于采用AGV小车，适应现代物流行业需求，传统的自动化物流分拣主要还是依靠大型的物流分拣设备，虽然具有较高的物流分拣效率，但是物流分拣设备的大型化就决定了工作场地的大型化，而AGV小车运输系统的成本相对于传统的大型分拣机器而言大幅度减低，开销对于中小型的物流集散中心更易于承受，能更灵活地适应分拣场地，可以通过程序来设定小车的行驶路径，对于场地的大小，设备的要求也不算苛刻，同时拥有更高的效率以及准确性。

5.根据权利要求4所述的基于AGV小车的智能物流分拣系统装置，其特征在于应用调速避障模块，安全高效。在实际运输中为了使提高运输效率，常使用多台AGV小车协同完成分拣工作，由于不同小车所携带的货物重量不同，若想获得较好的控制效果，就需要对电机转速进行闭环控制，采集小车的速度信息并反馈给控制器^[5]，使得整个系统平稳运行。为了确保安全系统还加入了红外避障模块，防止高速分拣时出现小车相撞的情况。

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