CN210304648U - 一种功能可扩展型基于视觉的物料分拣装置 - Google Patents

Abstract

一种功能可扩展型基于视觉的物料分拣装置，包括传送带和控制系统，永磁有刷减速电机用于驱动传送带转动，所述的传送带的进料端设置有上件装置，所述的传送带的尾端设置有主出口分拣装置，传送带侧边设置有若干个第一分拣模块和第二分拣模块，其中第一分拣模块能够将传送带上的货物推出，第二分拣模块能够夹取传送带上的货物。传送带的进料端上方设置有摄像头，用于扫描货物上的二维码和外观信息。该种分拣装置能够通过在传送带上设置若干个分拣模块，将传送带上的货物按需分拣开。

Description

一种功能可扩展型基于视觉的物料分拣装置

技术领域

本实用新型是涉及机械电子自动化技术领域，具体的说是一种功能可扩展型基于视觉的物料分拣装置。

背景技术

近十年来，物流业在我国整体规模快速增长，发展环境和条件逐渐改善，为进一步加快发展奠定了坚实的基础。根据国家邮政局官方网站发布的数据，2018年全国快递总量达到507.1亿件，比上年增长26.6％。2018年快递量是2010年的21.7倍，平均复合增长率为46.9％。与此同时，国家邮政局表示，预计2019年快递量将超过600亿件，同比增长22％。

我国的物流行业发展如此迅速的同时，货物的流通速度却广受诟病，尤其是出现快递“爆仓”的情形时，产生的直接后果是导致商品的严重滞留。分拣效率低、出错率高、物流慢等因素使我国快递服务业的发展一直停滞不前。其根本原因在于我国大部分快递公司依旧采取人工分拣或者半自动化分拣的作业方式，即使有些公司引进了国外先进的自动化分拣设备，也只是未经改造就直接套用在现有物流体系中，并不能充分发挥该系统的先进性，也造成了极大的资源浪费。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种功能可扩展型基于视觉的物料分拣装置，该装置能够通过在传送带上设置若干个分拣模块，将传送带上的货物按需分拣开。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种功能可扩展型基于视觉的物料分拣装置，其特征是：包括传送带和控制系统，所述的传送带与永磁有刷减速电机传动连接，所述的永磁有刷减速电机用于驱动传送带转动，所述的传送带的进料端设置有上件装置，所述的传送带的尾端设置有主出口分拣装置，所述的传送带侧边设置有第一分拣模块，所述的第一分拣模块包括推槽装置和分拣装置，所述的分拣装置设置在传送带侧面，所述的推槽装置用于将传送带上的货物推出传送带落入分拣装置内，所述的推槽装置工位前侧设置有第一红外传感器；

所述的传送带侧边设置有第二分拣模块，所述的第二分拣模块包括机械臂和第三红外传感器，所述的第三红外传感器设置在机械臂工位前侧，所述的机械臂用于夹取传送带上的货物；

所述的控制系统包括显示屏、处理器、控制器和摄像头，所述的摄像头设置在传送带入料端上方，所述的显示屏与处理器信号连接，所述的处理器和控制器信号连接，所述的摄像头与控制器的信号输入端信号连接，所述的永磁有刷减速电机与控制器的信号输出端信号连接，所述的推槽装置和分拣装置与控制器的信号输出端信号连接，所述的第一红外传感器和第三红外传感器与控制器的信号输入端信号连接。

所述的推槽装置包括第一舵机，所述的第一舵机的输出轴与摆动板传动连接，所述的第一舵机固定安装在固定块上，所述的固定块底部固定安装在传送带侧边缘，所述的摆动板设置在传送带上方，所述的第一舵机与控制器的信号输出端信号连接。

所述的分拣装置包括第二舵机，所述的第二舵机的输出轴与摆臂传动连接，所述的摆臂为片状结构，所述的摆臂设置在分拣出口的开口内，所述的分拣出口设置在传送带外侧，所述的分拣出口靠近传送带的一侧上方设置有第二红外传感器，所述的摆动板在第一舵机带动下翻转时可将货物推入分拣出口，所述的第二舵机与控制器的信号输出端信号连接，所述的第二红外传感器与控制器的信号输入端信号连接。

所述的机械臂包括若干段首尾相连的驱动臂，每段驱动臂包括设置在前段的横杆，所述的设置在前段的横杆上固定安装有驱动臂舵机，所述的驱动臂舵机的输出轴通过舵机安装扣与设置在后段的横杆传动连接；

位于机械臂后端的驱动臂设置在前段的横杆与前一驱动臂设置在后段的横杆固定连接，位于机械臂前端的驱动臂设置在前段的横杆与手爪驱动电机固定连接，所述的手爪驱动电机的输出轴通过手抓驱动电机安装扣与右驱动齿轮传动连接，所述的右驱动齿轮与左驱动齿轮啮合传动，所述的右驱动齿轮和左驱动齿轮分别与手爪传动连接，所述的手爪驱动电机转动时驱动右驱动齿轮和左驱动齿轮相向转动，进而带动两手爪相对运动。

所述的主出口分拣装置设置在传送带出料端，所述的主出口分拣装置包括主出口分拣口，所述的主出口分拣口靠近传送带出料端一侧固定安装在固定板顶端，所述的固定板固定安装在传送带出料端边缘。

所述的传送带边缘设置有若干第一物料分拣扩展口和第二物料分拣扩展口，所述的第一物料分拣扩展口和第二物料分拣扩展口用于固定安装推槽装置或分拣装置或机械臂。

该种功能可扩展型基于视觉的物料分拣装置能够达到的有益效果为：第一，该装置通过摄像头采集物料的二维码与外观特征，通过预先设置的算法，将采集到的物料信息与数据库内信息匹配，进而通过设置的分拣模块将传送带上的货物按需求分拣开；第二，通过在每一组分拣模块前设置红外传感器，当货物到达每个分拣模块工位时，由红外传感器作为限位装置，当货物触发红外传感器时，永磁有刷减速电机控制传送带减速，进而由分拣模块将传送带上的货物抓取或推出。第三，传送带周围设置有若干个分拣扩展口，根据货物需求，可以在分拣扩展口内固定安装第一分拣模块或第二分拣模块。

附图说明

图1为本实用新型一种功能可扩展型基于视觉的物料分拣装置的结构原理图。

图2为本实用新型一种功能可扩展型基于视觉的物料分拣装置中推槽装置的结构原理图。

图3为本实用新型一种功能可扩展型基于视觉的物料分拣装置中分拣装置的结构原理图。

图4为本实用新型一种功能可扩展型基于视觉的物料分拣装置中主出口分拣装置的结构原理图。

图5为本实用新型一种功能可扩展型基于视觉的物料分拣装置中机械臂的结构原理图。

图例说明：1、显示屏；2、处理器；3、控制器；4、上件装置；5、永磁有刷减速电机；6、摄像头；7、第一红外传感器；8、推槽装置；9、分拣装置；10、第二红外传感器；11、第三红外传感器；12、机械臂；13、传送带；14、第一物料分拣扩展口；15、第二物料分拣扩展口；16、主出口分拣装置；

81、摆动板；82、第一舵机；83、固定块；

92、第二舵机；93、摆臂；94、分拣出口；

121、手爪；122、左驱动齿轮；123、右驱动齿轮；124、手爪驱动电机；125、驱动臂舵机；126、驱动臂舵机；127、驱动臂舵机；128、手抓驱动电机安装扣；129、舵机安装扣；130、横杆；

161、固定板；162、主出口分拣口。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，一种功能可扩展型基于视觉的物料分拣装置，其特征是：包括传送带13和控制系统，所述的传送带13与永磁有刷减速电机5传动连接，所述的永磁有刷减速电机5用于驱动传送带13转动，所述的传送带13的进料端设置有上件装置4，所述的传送带13的尾端设置有主出口分拣装置16，所述的传送带13侧边设置有第一分拣模块，所述的第一分拣模块包括推槽装置8和分拣装置9，所述的分拣装置9设置在传送带13侧面，所述的推槽装置8用于将传送带13上的货物推出传送带13落入分拣装置9内，所述的推槽装置8工位前侧设置有第一红外传感器7；

所述的传送带13侧边设置有第二分拣模块，所述的第二分拣模块包括机械臂12和第三红外传感器11，所述的第三红外传感器11设置在机械臂12工位前侧，所述的机械臂12用于夹取传送带上的货物；

所述的控制系统包括显示屏1、处理器2、控制器3和摄像头6，所述的摄像头6设置在传送带13入料端上方，所述的显示屏1与处理器1信号连接，所述的处理器2和控制器3信号连接，所述的摄像头6与控制器3的信号输入端信号连接，所述的永磁有刷减速电机5与控制器3的信号输出端信号连接，所述的推槽装置8和分拣装置9与控制器3的信号输出端信号连接，所述的第一红外传感器7和第三红外传感器11与控制器3的信号输入端信号连接。

如图2所示，推槽装置8包括第一舵机82，所述的第一舵机82的输出轴与摆动板81传动连接，所述的第一舵机82固定安装在固定块83上，所述的固定块83底部固定安装在传送带13侧边缘，所述的摆动板81设置在传送带13上方，所述的第一舵机82与控制器3的信号输出端信号连接。

如图3所示，分拣装置9包括第二舵机92，所述的第二舵机92的输出轴与摆臂93传动连接，所述的摆臂93为片状结构，所述的摆臂93设置在分拣出口94的开口内，所述的分拣出口94设置在传送带13外侧，所述的分拣出口94靠近传送带13的一侧上方设置有第二红外传感器10，所述的摆动板81在第一舵机82带动下翻转时可将货物推入分拣出口94，所述的第二舵机92与控制器3的信号输出端信号连接，所述的第二红外传感器10与控制器3的信号输入端信号连接。

如图5所示，机械臂12包括若干段首尾相连的驱动臂，每段驱动臂包括设置在前段的横杆130，所述的设置在前段的横杆130横杆上固定安装有驱动臂舵机125，126，127，所述的驱动臂舵机125，126，127的输出轴通过舵机安装扣129与设置在后段的横杆130传动连接；

位于机械臂12后端的驱动臂设置在前段的横杆130与前一驱动臂设置在后段的横杆130固定连接，位于机械臂12前端的驱动臂设置在前段的横杆130与手爪驱动电机124固定连接，所述的手爪驱动电机124的输出轴通过手抓驱动电机安装扣128与右驱动齿轮123传动连接，所述的右驱动齿轮123与左驱动齿轮122啮合传动，所述的右驱动齿轮123和左驱动齿轮122分别与手爪121传动连接，所述的手爪驱动电机124转动时驱动右驱动齿轮123和左驱动齿轮122相向转动，进而带动两手爪121相对运动。

如图4所示，主出口分拣装置16设置在传送带13出料端，所述的主出口分拣装置16包括主出口分拣口162，所述的主出口分拣口162靠近传送带13出料端一侧固定安装在固定板161顶端，所述的固定板161固定安装在传送带13出料端边缘。

进一步的，传送带13边缘设置有若干第一物料分拣扩展口14和第二物料分拣扩展口15，所述的第一物料分拣扩展口14和第二物料分拣扩展口15用于固定安装推槽装置8或分拣装置9或机械臂12。

本实施例中，处理器2采用树莓派3B+，使用了BCM2837B0型号CPU，与显示屏1信号连接，可通过显示屏1查看识别情况，主控制器3采用STM32主控制器装置，树莓派3B+与STM32主控制器相连，用于串口通信。

进一步的，该物料分拣装置的控制模块还包括电源模块、微控制器模块、永磁有刷减速电机驱动模块、机械臂控制模块、串口通讯模块等，其中永磁有刷减速电机驱动模块采用A4950芯片，用于控制永磁有刷减速电机5的转速，进一步控制传送带13的传送速度，电源模块则采用TLV62565调压芯片，为控制系统的运行提供电量。

进一步的，第一红外传感器7、第二红外传感器10和第三红外传感器11均为型号为E18-D80NK-N，用于对货物位置进行判断，当第一红外传感器7触发信号时，传送带13减速，主控制器3控制第一舵机82将位于传送带13上第一分拣模块工位处的货物推入分拣装置9中。当货物进入分拣装置9中后，第二红外传感器10触发信号，主控制器3控制第二舵机92转动，进而带动片状的摆臂93翻转，使货物落入分拣出口94内。

进一步的，当第3红外传感器11触发信号时，传送带13减速，主控制器3控制机械臂12将传送带13上的货物夹取离开。进一步的，机械臂12的底部与可控转盘连接，可控转盘可带动机械臂12进行转动，改变机械臂12的朝向，各类型舵机的型号为MG995。

进一步的，摄像头6采用型号HD98，分辨率为1920*1080，树莓派3B+分别于摄像头、STM32主控制器相连，在主控制器上对应的接口为PA9、PA10，STM32主控制器与永磁有刷减速电机5、第一舵机82、第二舵机92、三个驱动臂舵机125，126，127通过接口PB0、PB1、PB8、PB13、PB14、PB15信号连接，STM32主控制器与第一红外传感器7、第二红外传感器10和第三红外传感器11分别通过接口PC0、PC1、PC2信号连接。

进一步的，摄像头6通过识别货物表面的二维码对货物信息进行判断，具体的工作流程如下：

步骤1，由摄像头识别读取二维码信息，并进行中值滤波，滤去噪声。

步骤2，输入图像G(n,m)，大小为A*B，采用分部思想，将二维码图像分为4部分处理，各部分记为Q_i，i＝(1,2,3,4),对行A进行分割，可能会出现非整数倍分割处理是分为整倍部分和非整倍部分，整数倍用式(1)计算，非整数倍用式(2)计算。

Q₄＝{G(n,m)|(A/4*3+1)≤n≤A,m} (2)

设原始灰度级为M,在1到M之间改变灰度值T，其中目标像素占据图像比例为ω₀，平均灰度μ₀；背景像素站图像比例ω₁，平均灰度值为μ₁，图像总的平均灰度值。采用Ostu算法，改变灰度值T，并利用式(3),记录最大类间方差值g，此时对应的T为最佳阈值。

g＝ω₀(μ₀-μ)²+ω₁(μ₁-μ)² (3)

若输入灰度图像G(n,m)大于等于最佳阈值T,则设定为目标区域，反之背景区域，组合图像，进行形态学闭运算消除边界效应，得到图像。

对得到的图像经过串口发送到STM32单片机对货物信息进行识别并分类，当该货物传送到所需的工位时，由红外传感器发送信号，使传送带31减速，由对应分拣模块将货物纳入对应的分类堆。

直流减速电机控制系统使用带死区和积分分离的增量式PID控制方式实现永磁有刷减速电机5转速控制，可较好实现依据物料多少来控制传送带13的速度。

该种分拣系统通过两款微型计算机系统来实现分拣的基本功能，可大大提高物料识别的精度，提高了识别效率，能够减少生产中人为检测产生的错误、降低工作人员的劳动强度，还能提高生产效率，提升产品质量，最大化降低了管理成本及生产成本，增强企业终端产品的市场竞争力，市场前景广阔。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种功能可扩展型基于视觉的物料分拣装置，其特征是：包括传送带（13）和控制系统，所述的传送带（13）与永磁有刷减速电机（5）传动连接，所述的永磁有刷减速电机（5）用于驱动传送带（13）转动，所述的传送带（13）的进料端设置有上件装置（4），所述的传送带（13）的尾端设置有主出口分拣装置（16），所述的传送带（13）侧边设置有第一分拣模块，所述的第一分拣模块包括推槽装置（8）和分拣装置（9），所述的分拣装置（9）设置在传送带（13）侧面，所述的推槽装置（8）用于将传送带（13）上的货物推出传送带（13）落入分拣装置（9）内，所述的推槽装置（8）工位前侧设置有第一红外传感器（7）；

所述的传送带（13）侧边设置有第二分拣模块，所述的第二分拣模块包括机械臂（12）和第三红外传感器（11），所述的第三红外传感器（11）设置在机械臂（12）工位前侧，所述的机械臂（12）用于夹取传送带上的货物；

所述的控制系统包括显示屏（1）、处理器（2）、控制器（3）和摄像头（6），所述的摄像头（6）设置在传送带（13）入料端上方，所述的显示屏（1）与处理器（2）信号连接，所述的处理器（2）和控制器（3）信号连接，所述的摄像头（6）与控制器（3）的信号输入端信号连接，所述的永磁有刷减速电机（5）与控制器（3）的信号输出端信号连接，所述的推槽装置（8）和分拣装置（9）与控制器（3）的信号输出端信号连接，所述的第一红外传感器（7）和第三红外传感器（11）与控制器（3）的信号输入端信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种功能可扩展型基于视觉的物料分拣装置，其特征在于：所述的推槽装置（8）包括第一舵机（82），所述的第一舵机（82）的输出轴与摆动板（81）传动连接，所述的第一舵机（82）固定安装在固定块（83）上，所述的固定块（83）底部固定安装在传送带（13）侧边缘，所述的摆动板（81）设置在传送带（13）上方，所述的第一舵机（82）与控制器（3）的信号输出端信号连接。

3.根据权利要求2所述的一种功能可扩展型基于视觉的物料分拣装置，其特征在于：所述的分拣装置（9）包括第二舵机（92），所述的第二舵机（92）的输出轴与摆臂（93）传动连接，所述的摆臂（93）为片状结构，所述的摆臂（93）设置在分拣出口（94）的开口内，所述的分拣出口（94）设置在传送带（13）外侧，所述的分拣出口（94）靠近传送带（13）的一侧上方设置有第二红外传感器（10），所述的摆动板（81）在第一舵机（82）带动下翻转时可将货物推入分拣出口（94），所述的第二舵机（92）与控制器（3）的信号输出端信号连接，所述的第二红外传感器（10）与控制器（3）的信号输入端信号连接。

4.根据权利要求1所述的一种功能可扩展型基于视觉的物料分拣装置，其特征在于：所述的机械臂（12）包括若干段首尾相连的驱动臂，每段驱动臂包括设置在前段的横杆（130），所述的设置在前段的横杆（130）上固定安装有驱动臂舵机（125，126，127），所述的驱动臂舵机（125，126，127）的输出轴通过舵机安装扣（129）与设置在后段的横杆（130）传动连接；

位于机械臂（12）后端的驱动臂设置在前段的横杆（130）与前一驱动臂设置在后段的横杆（130）固定连接，位于机械臂（12）前端的驱动臂设置在前段的横杆（130）与手爪驱动电机（124）固定连接，所述的手爪驱动电机（124）的输出轴通过手抓驱动电机安装扣（128）与右驱动齿轮（123）传动连接，所述的右驱动齿轮（123）与左驱动齿轮（122）啮合传动，所述的右驱动齿轮（123）和左驱动齿轮（122）分别与手爪（121）传动连接，所述的手爪驱动电机（124）转动时驱动右驱动齿轮（123）和左驱动齿轮（122）相向转动，进而带动两手爪（121）相对运动。

5.根据权利要求1所述的一种功能可扩展型基于视觉的物料分拣装置，其特征在于：所述的主出口分拣装置（16）设置在传送带（13）出料端，所述的主出口分拣装置（16）包括主出口分拣口（162），所述的主出口分拣口（162）靠近传送带（13）出料端一侧固定安装在固定板（161）顶端，所述的固定板（161）固定安装在传送带（13）出料端边缘。

6.根据权利要求3或4所述的一种功能可扩展型基于视觉的物料分拣装置，其特征在于：所述的传送带（13）边缘设置有若干第一物料分拣扩展口（14）和第二物料分拣扩展口（15），所述的第一物料分拣扩展口（14）和第二物料分拣扩展口（15）用于固定安装推槽装置（8）或分拣装置（9）或机械臂（12）。

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