一种仓储货物自动化搬运装置的制作方法

1.本发明涉及仓储技术领域，更具体地说，本发明涉及一种仓储货物自动化搬运装置。


背景技术：

2.随着经济全球化和工厂自动化，物流行业迈入了快速发展的阶段，机械化、自动化、标准化生产的发展趋势日益明显，传统的人工搬运模式的速度远远无法满足实际需求，在高速发展的信息化时代，机器人在人们的生活中扮演着越来越重要的地位，智能化搬运的到来将颠覆传统的人工搬运模式，逐渐由人工搬运走向智能搬运。
3.自动化搬运是一项新兴且高速发展的高新技术，涉及到力学、自动控制学、传感器技术等多学科领域，为满足现代物流快速、精准的要求，搬运机器人至少需要具备自主移动、自动避障、物料识别与筛选、物料抓取与搬运等功能，随着工业生产自动化程度的提高和生产规模的扩大，物流速度越来越快，越来越精准，对物料搬运技术提出了更高的要求，现有的搬运系统，未使用机器视觉的物料搬运系统，只能简单判断有无物料存在，无法对物料进行颜色、形状等特征的筛选，且部分搬运系统是固定位置，不能根据路线自动运动，灵活性较差。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种仓储货物自动化搬运装置，通过颜色识别算法、边缘检测算法、特征点形状匹配算法等图像处理技术，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种仓储货物自动化搬运装置，包括带座型横向支撑机构，所述带座型横向支撑机构的顶部安装有用于操控的支撑型搬运手臂机构，所述支撑型搬运手臂机构的一端连接有用于定位的定位型悬臂机构，所述支撑型搬运手臂机构的一端通过定位型悬臂机构连接有定位型货运推车机构，所述支撑型搬运手臂机构包括中央控制系统、人机交互界面、机械臂控制模块、寻迹模块、超声波测距模块、摄像头模块、传感器模块以及无线通信模块，所述定位型悬臂机构与定位型货运推车机构包括寻迹模块终端、超声波测距模块终端、摄像头模块终端、传感器模块终端以及无线通信模块终端，所述人机交互界面连接中央控制系统，所述中央控制系统包括stm32核心控制模块，所述无线通信模块包括无线发射模块以及无线接受模块，所述定位型货运推车机构上配置有包含有无人车id和rf信道信息并通过无线发射模块发送至位于中央控制系统上的无线接收模块，中央控制系统通过设定程序控制位于无人车上的机械臂模块实现仓储货物的自动化搬运，其中，寻迹模块、超声波测距模块、摄像头模块用于将测定数据发送至中央控制系统进行分析，经分析后经无线通信模块达到定位型货运推车机构，并驱动定位型货运推车机构将仓储货物搬运至临时仓库。
6.在一个优选地实施方式中，所述带座型横向支撑机构包括定位型支撑安装板，所
述定位型支撑安装板的底部安装有多个防滑型定位安装座，所述定位型支撑安装板的顶部安装有多个限位型固定悬臂。
7.在一个优选地实施方式中，所述支撑型搬运手臂机构包括第一多节段型操控手臂，所述第一多节段型操控手臂的一端连接有第二多节段型操控手臂，所述第二多节段型操控手臂的一端连接有第二多节段型操控手臂，所述第一多节段型操控手臂与第二多节段型操控手臂之间均通过驱动的方式连接有第一电控型调节关节，所述第二多节段型操控手臂与第二多节段型操控手臂之间均通过驱动的方式连接有第二电控型调节关节，所述第一多节段型操控手臂、第二多节段型操控手臂与第二多节段型操控手臂之间均连接有多个呈空心管套状设置的预制型导线框架、，且预制型导线框架、的外壁开设有一条贯穿的横槽，所述第二多节段型操控手臂的一端安装有可操控性搬运抓手机构。
8.在一个优选地实施方式中，所述支撑型搬运手臂机构由铝合金架构成，所述支撑型搬运手臂机构的机械臂用过机械臂控制模块可抓取物料跟随系统移动，所述机械臂模块与摄像头模块相连，并受其控制，所述stm32核心控制模块块通过stm32f103vct6芯片来组成单片机的最小控制系统并提供相应接口，完成对整个搬运系统的控制与调度。
9.在一个优选地实施方式中，所述定位型悬臂机构包括第一折弯型定位手臂，所述第一折弯型定位手臂的一侧安装有第一可调节式伸缩管段，所述第一可调节式伸缩管段的一侧安装有第二可调节式伸缩管段，所述第二可调节式伸缩管段的一端安装有折弯型衔接管段，所述折弯型衔接管段的一端连接有第三可调节式伸缩管段，所述第三可调节式伸缩管段的一端连接有弯钩型悬挂臂，所述弯钩型悬挂臂远离第三可调节式伸缩管段的一端安装有限位型压力触感模块。
10.在一个优选地实施方式中，所述定位型货运推车机构包括货运用推车框架，所述货运用推车框架的底部安装有多个定位型万向脚轮，所述货运用推车框架的外壁边缘安装有承托型支撑护边条，所述货运用推车框架与承托型支撑护边条之间安装有多个限位型支撑悬臂，所述定位型万向脚轮与货运用推车框架之间安装有可拆卸式连接座，所述货运用推车框架的底部安装有多个悬置支撑框架。
11.在一个优选地实施方式中，所述摄像头模块采用openmv摄像头模块，openmv摄像头模块用于从众多不同颜色、不同形状的物料中，选取指定形状与颜色的物料；openmv摄像头模块采用openmvm7摄像头，该模块与stm32核心控制模块上的pe4、pe5接口连接；当openmv摄像头模块识别成功后，通过输出模块的高低电平反馈给stm32核心控制模块；所述openmv摄像头模块与超声波测距模块相配合，判断搬运系统与物料之间的距离与方位，并将数据传递至机械臂模块进行准确抓取。
12.在一个优选地实施方式中，所述超声波测距模块采用hc
‑
sr04超声波测距模块，用于判断前方是否有障碍物，该模块与stm32核心控制模块上的pc12和pc13接口连接，其中pc13用于触发超声波检测，pc12用于计算回波时间，从而计算出与目标点间的距离。
13.在一个优选地实施方式中，所述传感器与stm32核心控制模块上的pe6接口连接，用于判断搬运系统是否到达指定的分拣点或卸货点。
14.本发明的技术效果和优点：
15.本发明通过颜色识别算法、边缘检测算法、特征点形状匹配算法等图像处理技术，提高了摄像头对物料的检测、识别和筛选的准确度，减小在物料搬运过程中由于物料匹配
错误而导致的误拣、漏拣问题，通过单目摄像头完成摄像头与物料之间的测距，再控制机械臂根据测定距离完成物料抓取，因此物料的抓取更精准，且适应了高度不同的物料传送带的环境，而无需改动程序，更符合实际需求，使用超声波测距和高效的避障算法实现自主避障，符合实际场景下多机器人共同独立工作且互不干扰的情况。此外，通过qti寻迹，可以指定允许机器人运动的范围，合理规划空间。同时qti寻迹与自主避障的结合，完成了搬运机器人的路径规划和自主移动，本发明对物料快速、准确、便捷、稳定的搬运。
附图说明
16.图1为本发明的结构示意图。
17.图2为本发明的底部结构示意图。
18.图3为本发明图2的a部结构放大图。
19.图4为本发明定位型货运推车机构的局部结构示意图。
20.图5为本发明图4的b部结构放大图。
21.图6为本发明图4的c部结构放大图。
22.附图标记为：1带座型横向支撑机构、101定位型支撑安装板、102防滑型定位安装座、103限位型固定悬臂、2支撑型搬运手臂机构、21第一多节段型操控手臂、22第二多节段型操控手臂、23第二多节段型操控手臂、24第一电控型调节关节、25第二电控型调节关节、26预制型导线框架、27可操控性搬运抓手机构、3定位型悬臂机构、31第一折弯型定位手臂、32第一可调节式伸缩管段、33第二可调节式伸缩管段、34折弯型衔接管段、35第三可调节式伸缩管段、36弯钩型悬挂臂、37限位型压力触感模块、4定位型货运推车机构、41货运用推车框架、42定位型万向脚轮、43承托型支撑护边条、44限位型支撑悬臂、45可拆卸式连接座、46悬置支撑框架。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.一种仓储货物自动化搬运装置，包括带座型横向支撑机构1，带座型横向支撑机构1的顶部安装有用于操控的支撑型搬运手臂机构2，支撑型搬运手臂机构2的一端连接有用于定位的定位型悬臂机构3，支撑型搬运手臂机构2的一端通过定位型悬臂机构3连接有定位型货运推车机构4，支撑型搬运手臂机构2包括中央控制系统、人机交互界面、机械臂控制模块、寻迹模块、超声波测距模块、摄像头模块、传感器模块以及无线通信模块，定位型悬臂机构3与定位型货运推车机构4包括寻迹模块终端、超声波测距模块终端、摄像头模块终端、传感器模块终端以及无线通信模块终端，人机交互界面连接中央控制系统，中央控制系统包括stm32核心控制模块，无线通信模块包括无线发射模块以及无线接受模块，定位型货运推车机构4上配置有包含有无人车id和rf信道信息并通过无线发射模块发送至位于中央控制系统上的无线接收模块，中央控制系统通过设定程序控制位于无人车上的机械臂模块实现仓储货物的自动化搬运，其中，寻迹模块、超声波测距模块、摄像头模块用于将测定数据
发送至中央控制系统进行分析，经分析后经无线通信模块达到定位型货运推车机构4，并驱动定位型货运推车机构4将仓储货物搬运至临时仓库。
25.需要说明的是，在无人车通信单元与设备用通信单元上分别追加配备ir发送模块和ir接收模块或者配备rf传输模块，由此，对用于无人车通信单元与设备用通信单元间进行rf通信的初始设定信息进行传输，构建rf通信环境，从而通过仅将已设置的自动搬运系统中无人移送装置与制造设备的通信单元进行替换的简单方法就能够实现无人移送装置与设备间的rf通信。
26.作为优选的，其中，带座型横向支撑机构1包括定位型支撑安装板101，定位型支撑安装板101的底部安装有多个防滑型定位安装座102，定位型支撑安装板101的顶部安装有多个限位型固定悬臂103。
27.作为优选的，其中，支撑型搬运手臂机构2包括第一多节段型操控手臂21，第一多节段型操控手臂21的一端连接有第二多节段型操控手臂22，第二多节段型操控手臂22的一端连接有第二多节段型操控手臂23，第一多节段型操控手臂21与第二多节段型操控手臂22之间均通过驱动的方式连接有第一电控型调节关节24，第二多节段型操控手臂22与第二多节段型操控手臂23之间均通过驱动的方式连接有第二电控型调节关节25，第一多节段型操控手臂21、第二多节段型操控手臂22与第二多节段型操控手臂23之间均连接有多个呈空心管套状设置的预制型导线框架、26，且预制型导线框架、26的外壁开设有一条贯穿的横槽，第二多节段型操控手臂23的一端安装有可操控性搬运抓手机构27。
28.作为优选的，其中，支撑型搬运手臂机构2由铝合金架构成，支撑型搬运手臂机构2的机械臂用过机械臂控制模块可抓取物料跟随系统移动，机械臂模块与摄像头模块相连，并受其控制，stm32核心控制模块块通过stm32f103vct6芯片来组成单片机的最小控制系统并提供相应接口，完成对整个搬运系统的控制与调度。
29.无人车通信单元可以将追加包含与相关位置对应的设备id的无人车rf初始化信息通过ir发送模块向设备侧发送，另外，仅限于通过ir接收模块接收的无人车rf初始化信息中包含自身设备id的情况下，设备用通信单元可以执行针对第2rf通信模块的rf初始化设定处理。
30.在这种情况下，无人车通信单元可以能够通过附加的条形码识别装置获得设备id并重新生成无人车rf初始化信息，以确保将设备id包含在内，对于通过条形码识别装置获得设备id的情况来说，毫无疑问，相关制造设备一侧必须粘贴与包含自身设备id的设备rf初始化信息对应的条形码。在这里，如果现有自动搬运系统中设置有条形码识别装置，就可以直接使用。
31.作为优选的，其中，定位型悬臂机构3包括第一折弯型定位手臂31，第一折弯型定位手臂31的一侧安装有第一可调节式伸缩管段32，第一可调节式伸缩管段32的一侧安装有第二可调节式伸缩管段33，第二可调节式伸缩管段33的一端安装有折弯型衔接管段34，折弯型衔接管段34的一端连接有第三可调节式伸缩管段35，第三可调节式伸缩管段35的一端连接有弯钩型悬挂臂36，弯钩型悬挂臂36远离第三可调节式伸缩管段35的一端安装有限位型压力触感模块37。
32.作为优选的，其中，定位型货运推车机构4包括货运用推车框架41，货运用推车框架41的底部安装有多个定位型万向脚轮42，货运用推车框架41的外壁边缘安装有承托型支
撑护边条43，货运用推车框架41与承托型支撑护边条43之间安装有多个限位型支撑悬臂44，定位型万向脚轮42与货运用推车框架41之间安装有可拆卸式连接座45，货运用推车框架41的底部安装有多个悬置支撑框架46。
33.作为优选的，其中，摄像头模块采用openmv摄像头模块，openmv摄像头模块用于从众多不同颜色、不同形状的物料中，选取指定形状与颜色的物料；openmv摄像头模块采用openmvm7摄像头，该模块与stm32核心控制模块上的pe4、pe5接口连接；当openmv摄像头模块识别成功后，通过输出模块的高低电平反馈给stm32核心控制模块；openmv摄像头模块与超声波测距模块相配合，判断搬运系统与物料之间的距离与方位，并将数据传递至机械臂模块进行准确抓取。
34.作为优选的，其中，超声波测距模块采用hc
‑
sr04超声波测距模块，用于判断前方是否有障碍物，该模块与stm32核心控制模块上的pc12和pc13接口连接，其中pc13用于触发超声波检测，pc12用于计算回波时间，从而计算出与目标点间的距离。
35.作为优选的，其中，传感器与stm32核心控制模块上的pe6接口连接，用于判断搬运系统是否到达指定的分拣点或卸货点。
36.工作原理：s1.启动前，搬运系统位于起点位置，机械臂模块处于收起状态；启动后，搬运系统通过qti寻迹模块和小车上运动控制模块移动到分拣点，当光电传感器检测到电平变化时，即表示到达了分拣点，系统停车，在上述运动过程中，hc
‑
sr04超声波测距模块始终运行以判断前方是否有障碍物并自动避障；
37.s2.分拣点处有一个运行中的传送带，传送带上有众多不同颜色、不同形状的物料，到达分拣点后，stm32核心控制模块通过改变pe5接口处的引脚电平，命令openmv摄像头模块开始搬运工作；
38.s3.openmv摄像头模块接收命令后，首先控制机械臂模块展开，对准传送带，再对传送带上的物料进行识别；
39.s4.当openmv摄像头模块识别到目标物料后，openmv摄像头模块15控制机械臂模块进行抓取，并投放到临时仓库；
40.s5.抓取和投放操作完成后，机械臂模块12收缩，openmv摄像头模块控制pe4接口处的电平将下一步指令传递给stm32核心控制模块；
41.s6.stm32核心控制模块接收来自openmv摄像头模块的指令后，通过qti寻迹模块和无人车运动模块移动到卸货点，当光电传感器检测到电平变化时，即表示到达了卸货点，系统停车，hc
‑
sr04超声波测距模块始终运行以判断前方是否有障碍物并自动避障；
42.s7.到达卸货点后，stm32核心控制模块控制机械臂模块将临时仓库中的物料卸下；
43.s8.重复步骤s1～s7，直至操作员手动停止搬运系统运行。步骤s1和步骤s6中hc
‑
sr04超声波测距模块13始终运行以判断前方是否有障碍物并自动避障包括以下内容：
44.s9.hc
‑
sr04超声波测距模块循环测距；
45.s10.改变hc
‑
sr04超声波测距模块13输出模块电平以发出超声波
46.s11.等待超声回波，计算时间间隔；
47.s12.
48.s13.若距离小于设定值，则表示前方有障碍物，需要避障；
49.s14.搬运系统在原地向右旋转的同时检测前方是否通畅，当通畅时偏离当前路线往前走；
50.s15.行走一段距离后左转，判断是否已过障碍物；
51.s16.若未越过障碍物，则重复步骤s15～s17；
52.s17.当判定前方无障碍物时，则左转回到之前的行进线路上继续执行搬运任务。步骤s2中stm32核心控制模块通过改变pe5接口处的引脚电平，命令openmv摄像头模块开始搬运工作；openmv摄像头模块的具体工作过程如下：
53.s18.openmv摄像头模块15接收来自pe5引脚的电平变化；
54.s19.控制机械臂模块展开，使其对准传送带；
55.s20.对传送带上的物料进行颜色与形状匹配，找出目标物料并进行定位；
56.s21.控制机械臂模块对目标物料进行抓取，并将其放到临时仓库；
57.s22.控制机械臂模块12收缩为初始状态；
58.s23.改变pe4引脚电平，通知stm32核心控制模块搬运工作已完成
59.s24.重复步骤s19～s24，实现对物料的持续搬运。
60.步骤s22中对传送带上的物料进行颜色与形状匹配，找出目标物料并进行定位；具体过程如下：1颜色匹配s31.初始化摄像头，设置像素模式为rgb56，帧大小为320
×
240，关闭白平衡；s32.读取一帧图像，存入帧缓冲存储区；s33.进行镜头畸变校正，去除镜头造成的图像鱼眼效果；s34.设定颜色阈值，根据颜色范围对物料进行筛选；s35.在保留边缘的条件下，在图像上运行中值滤波；s36.查找图像中指定颜色的所有色块，返回一个包括每个色块的色块对象列表；s37.依次对列表中的色块进行颜色匹配，从中找出与目标物料颜色相匹配的物料；2形状匹配s41.将包含目标物料特征点的图片提前存入openmv摄像头的sd卡中；s42.设置摄像头，关闭白平衡，设置相机图像对比度为1，设置相机图像增益上限为16，关闭自动增益并固定为100；s43.设置特征匹配参数，设置特征点提取数目120，设置特征匹配阈值为30，匹配比例因子为1:2；s44.读取一帧图像，将图像转为灰度图；s45.使用canny边缘检测算法过滤背景，仅将边缘保留为白色像素；s46.使用agast算法进行特征提取，与目标物料的形状特征进行比对；s47.当检测到与目标物料特征相似的特征物料，使用freak进一步匹配特征物料与目标物料特征的相似度，比较两组的关键点，获取匹配距离；s48.步骤s47中，匹配距离越接近0，lbpf特征点匹配结果越准确，当匹配距离小于设定值时，即认为匹配成功；3物料定位s51.根据公式可知，参照物与摄像头之间的实际距离和成像在摄像头中的参照物的直径像素值成反比，比例常数设定为k；式中，lm表示摄像头与参照物的真实距离，bpix为成像在摄像头中的参照物的直径所占的像素值，rm为参照物的实际半径，apix为摄像头的镜头直径像素值，α为拍摄视角的一半。因此可得到常数值合并等式(a)(b)可得实际距离公式为特别地，apix和α仅与摄像头本身有关，因此对于rm相同的物料，k值可以通用。而对于rm不同的物料，需要分别测量。在实际使用时，可通过前述的形状匹配算法自动根据不同的形状选取对应的k值。s52.先测定k值。以已知尺寸的参照物为基准，使参照物距离摄像头lm＝10cm，在openmv摄像头中读取参照物的长、宽像素值，得出参照物的直径bpix，将bpix与距离值10cm相乘得到常数k；s53.实际使用时，从摄像头中读取一帧图像，读取图像中物料的长、宽像素值，计算物料的平均直径s54.根据上述计算结果可得，摄像头与
物料之间的真实距离以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施。
61.当无人车移动并进入货物所处的位置，当接近设备用通信单元的ir信号半径后，从设备用通信单元传输的ir信号，即设备rf初始化信息就通过无人车通信单元的ir接收模块接收(st240)。即，无人车通信单元对接收的ir信号进行分析，提取设备rf初始化信息，并根据提取的设备rf初始化信息将第1rf通信模块作初始化处理。在这种情况下，仅限于通过ir接收模块接收的设备rf初始化信息中包含自身无人车id的情况下，无人车通信单元执行针对第1rf通信模块的rf初始化设定处理。
62.最后应说明的几点是：首先，在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
63.其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；
64.最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。