基于視覺(jué)技術(shù)的智能快遞分揀小車的研制

朱鋁芬，羊井廣

（南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211100）

0 引 言

2019年12月，武漢地區(qū)爆發(fā)新型冠狀病毒，隨后蔓延至全國(guó)各地。抗擊疫情，快遞物流行業(yè)在國(guó)計(jì)民生中的戰(zhàn)略地位顯著突出。居民隔離在家，電子商務(wù)的需求急速攀升，快遞包裹量與日俱增，各大快遞公司面臨著機(jī)遇與挑戰(zhàn)，如何快速分揀包裹，是快遞公司提高效率的關(guān)鍵所在。抗疫階段，快遞包裹、募捐物資被投送到全國(guó)各地，快遞安全與市民健康息息相關(guān)，使用智能快遞分揀小車可以降低人口密集度與分揀人員感染概率，同時(shí)提高分揀、物流效率，將物資及時(shí)、安全地送到千家萬(wàn)戶。

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上出現(xiàn)了一些智能快遞分揀小車，但其分揀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能龐雜。快遞智能自動(dòng)分揀系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，分為智能終端和信息系統(tǒng)兩大模塊，兩者根據(jù)TCP/IP協(xié)議建立連接[1]。但這類智能分揀小車價(jià)格昂貴，不適用于小型物流公司。本文針對(duì)快遞行業(yè)中小型快遞公司的需求，設(shè)計(jì)了一款基于視覺(jué)技術(shù)的智能快遞分揀小車[1-2]。

1 方案設(shè)計(jì)

智能快遞分揀小車的設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖1所示。智能快遞分揀小車由主控器、紅外循跡模塊、視覺(jué)檢測(cè)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、液晶顯示模塊、急停按鈕等組成。小車將STM32作為主控器，通過(guò)相機(jī)掃描快遞二維碼信息，讀取信息后發(fā)送給主控器，由主控器對(duì)二維碼進(jìn)行智能識(shí)別處理，獲取快遞目標(biāo)投遞位置并規(guī)劃最優(yōu)路徑；通過(guò)紅外反射光電開(kāi)關(guān)傳感器使小車沿著規(guī)劃的路線行走；由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，使載物小車前進(jìn)、后退或轉(zhuǎn)彎；到達(dá)目的地后，自主傾倒快遞載重盤(pán)，實(shí)現(xiàn)快遞的自主投放；小車完成包裹投放后，自主返回起始地點(diǎn)進(jìn)行下一輪的快遞分揀；主控器實(shí)時(shí)跟蹤小車，由顯示模塊實(shí)時(shí)顯示小車的當(dāng)前位置及目標(biāo)位置；出現(xiàn)緊急情況時(shí)，通過(guò)急停按鈕停止小車運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)[3-4]。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 基于視覺(jué)技術(shù)的貨物檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

智能小車采用百萬(wàn)高清CMOS傳感器制作的OV2640攝像頭靈敏度高，支持JPEG/RGB 565格式輸出，可以精準(zhǔn)采集貨物二維碼信息，由主控器STM32將信息處理后轉(zhuǎn)換為貨物的目標(biāo)位置，并規(guī)劃合理的投遞路徑[5-6]。

貨物檢測(cè)模塊電路如圖2所示。

圖2 貨物檢測(cè)模塊電路

2.2 自主循跡模塊設(shè)計(jì)

區(qū)域坐標(biāo)采用白底黑色的引導(dǎo)線進(jìn)行設(shè)計(jì)，智能小車前方的4個(gè)傳感器利用紅外循跡技術(shù)識(shí)別小車前進(jìn)路線上的黑線。若4個(gè)紅外光電檢測(cè)器輸出均為低電平，即紅外檢測(cè)開(kāi)關(guān)均未掃描到黑線時(shí)小車前進(jìn)；若左下角檢測(cè)到黑線時(shí)，說(shuō)明小車右偏于中心黑線，此時(shí)驅(qū)動(dòng)小車左轉(zhuǎn)；若右下角檢測(cè)到黑線時(shí)，說(shuō)明小車左偏于中心黑線，此時(shí)驅(qū)動(dòng)小車右轉(zhuǎn)，小車恢復(fù)與中心黑線平行的方向，沿著中心線前進(jìn)[7-9]。

紅外循跡電路如圖3所示。

圖3 紅外循跡電路

2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中采用L298N模塊驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，通過(guò)單片機(jī)的I/O口輸出信號(hào)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路如圖4所示。

圖4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路

2.4 位置顯示模塊設(shè)計(jì)

智能小車通過(guò)主控器STM32將OV2640攝像頭采集的二維碼信息轉(zhuǎn)換為貨物投放的目標(biāo)坐標(biāo)信息。當(dāng)4個(gè)紅外開(kāi)關(guān)均輸出高電平時(shí)，即小車經(jīng)過(guò)一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，STM32及時(shí)更新當(dāng)前位置坐標(biāo)信息，并將目標(biāo)位置、當(dāng)前位置的坐標(biāo)信息顯示于LCD1602液晶顯示屏[10-11]。位置顯示模塊電路如圖5所示。

圖5 位置顯示模塊電路

3 軟件設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)快遞的準(zhǔn)確分揀及精準(zhǔn)投遞，需進(jìn)行相應(yīng)的控制程序設(shè)計(jì)，流程如圖6所示。

圖6 主程序流程

4 調(diào)試與優(yōu)化

通過(guò)軟硬件聯(lián)調(diào)，實(shí)現(xiàn)了快遞分揀的基本功能，紅外循跡測(cè)試如圖7所示。

圖7 紅外循跡測(cè)試

5 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的智能小車通過(guò)OV2640攝像頭自主識(shí)別貨物上的二維碼信息，單片機(jī)將二維碼信息轉(zhuǎn)換為貨物的目標(biāo)位置，小車通過(guò)紅外循跡自主運(yùn)行至目標(biāo)位置，完成卸貨后將信息反饋至單片機(jī)，單片機(jī)控制小車自主返回原點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)貨物的循環(huán)分揀。

但是本設(shè)計(jì)還存在很多不足。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，僅做了急停處理并未診斷故障。考慮在智能快遞小車中加入遙控裝置，當(dāng)紅外循跡出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過(guò)遙控方式控制小車的移動(dòng)[12-13]。