收发快递机器人的机器视觉与Arduino控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种包括视觉系统和Arduino控制系统；所述视觉系统对快递上的单号码进行采集识别、分配地址和位置信息进行比对并将信息发送给Arduino单片机；所述Arduino控制系统接收所述视觉系统发送过来的地址，对信息进行字符串处理转化成对应快递所在货柜的坐标，对运动部分进行相应控制，使机器人将快递收/取到相应位置；实现一套收发快递的智能移动机器人系统，将机器视觉获取快递的条码信息，检测的外形参数和单片机分配的存储地址三者信息形成取货码，输出运动控制指令。输出运动控制指令。输出运动控制指令。

【技术实现步骤摘要】
收发快递机器人的机器视觉与Arduino控制系统


[0001]本专利技术属于机器视觉与Arduino控制领域。

技术介绍

[0002]随着电子商务的飞速发展,现代企业对自动化仓储管理的需求日益增加。仓储管理系统能够快速运作的关键在于高效地运送且准确搬运仓库中的物品。将可以进行多目标点导航的仓储物流移动机器人引入仓储空间中,不仅可以代替人工搬运货物,有效地减少工人的劳动强度,还能提高工作效率田,因此室内定位与导航是仓储物流移动机器人研究的重点方向。
[0003]并且电商诞生以来，快递业务量特别是电商消费大军的大学生群体活跃量与日俱增，校园快递运营方亟待提高对校园快递终端的收发能力；
[0004]但就目前而言，虽然国内外对于快递机器人的视觉与Arduino控制系统领域都相当重视，而且也在不断加大科研经费的投入，但已经有实质性解决具体问题的具体
技术实现思路
仍然有限。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种能实现收快递和取快递的收发快递机器人的机器视觉与Arduino控制系统。
[0006]技术方案：为实现上述目的，本专利技术的收发快递机器人的机器视觉与Arduino控制系统，包括视觉系统和Arduino控制系统；所述视觉系统对快递上的单号码进行采集识别、分配地址和位置信息进行比对并将信息发送给Arduino单片机；所述Arduino控制系统接收所述视觉系统发送过来的地址，对信息进行字符串处理转化成对应快递所在货柜的坐标，对运动部分进行相应控制，使机器人将快递收/取到相应位置；
[0007]所述视觉系统与Arduino控制系统用无线网络通信技术进行通讯，视觉系统作为服务器，Arduino控制系统作为客户端，通过走TCP/IP通信协议，从而实现各终端间的信息交互。
[0008]进一步的，所述视觉系统通过识别快递外包装上的一维码获取序列信息，以便建立其与快递货架一一对应的X/Y/Z空间位置关系，实现收快递；同时，将位置信息与收件人信息合成二维码，待用户实名后通过识别该二维码，即可显示目标快递位置信息，实现取快递。
[0009]进一步的，所述视觉系统的HALCON相机标定是通过公式的转换推算像素坐标与实际坐标的关系，实际坐标(X
W
,Y
W
,Z
W
)与像素坐标(u,v)的转换数学表达式为：
[0010][0011]其中，M1为相机内部参数，包括焦距f、单个像素元的宽d
y
、单个像素元的高d
x
、图像长度的像素值u0、图像宽度的像素值v0五个参数，M2为相机外部参数，包括旋转矩阵R与平移矩阵T。
[0012]进一步的，所述视觉系统的HALCON中，一维码的解码、定位被集成为一套算子；在进行图像处理前，由于光源等因素的影响，会出现对比度太低、图像模糊的情况，使用scale_image()算子以增强图像对比度。(此处公式删除)
[0013]使用emphasize()算子可以锐化其边缘，其对应的数学表达式为：
[0014]res:＝round((orig
‑
mean)*Factor)+orig
[0015]其中，res代表灰度平均值，mean代表原始灰度值；
[0016]图像与处理完成后创建条形码的模型，由于条形码模型的单一性，采用条形码的默认值，使用“create_bar_code_model()”算子创建条形码模型，并使用“find_bar_code()”算子进行条形码的识别，识别到的结果由算子：“get_string_extents()”显示；其中，“get_string_extents()”算子的第三个参数代表是否识别到内容，数值为0时代表未识别到内容，为1时代表识别到内容。
[0017]进一步的，所述视觉系统中对快递外形参数信息获取首先是获取图像，获取图像后使用中值滤波与高斯滤波进行图像的预处理，通过二值化、筛选面积、区域做差方法获取到快递边框图，再通过获取XLD轮廓的方式求取快递外形的长宽像素距离。
[0018]进一步的，所述获取XLD轮廓的提取是通过计算灰度值变化的倒数来提取图像中灰度值空间方向梯度大的边、线特征的过程，对于一个连续图像函数f(x,y)梯度表示为：
[0019][0020]获得图像边缘基本思路是：将图像使用高斯滤波器平滑滤波后，采用非极值抑制技术处理，得到图像边缘，其步骤如下：
[0021]第一，使用高斯滤波器G(x,y)平滑图像f(x,y)，得到平滑图像f
s
(x,y)：
[0022][0023]f
s
(x,y)＝G(x,y)
×
f(x,y)
[0024]第二，计算上述图像每个像素点的幅值M(x,y)和方向α(x,y)：
[0025][0026][0027]第三，将局部最大值点设为0，细化边缘；
[0028]第四，设置高低阈值“T
1”和“T
2”，检测并连接边缘；
[0029]HALCON中使用canny特征的边缘算子edges sub pix(ImageReduced,Edges,
‘
canny
’
,1.1,10,20)；获得轮廓后使用segment contours xld()算子进行边缘的分割；
[0030]select shape xld()算子筛选轮廓；sort contours xld()算子将筛选出来的轮廓进行排序，从左往右依次排序；这样看到线1、4为盒子的两边宽边，2、3为盒子的两条长
边；使用select obj()算子将每条线进行单独存储，并使用distance cc()算子计算对应两条线之间的距离，其中，“DistanceMin”参数为两条对应线之间的最短距离，即为目标距离；
[0031]得到盒子长宽的像素值后，使用image points to worldplane()算子将像素坐标转换为世界坐标，所述image points to worldplane()算子的第一个参数为相机参数，第二个参数为相机位姿，第五个参数为计量单位，接着使用算式进行像素坐标转换为实际坐标：
[0032]SJ chang:＝
‑
chang*(2/(100/X)+0.36
[0033]其中，SJ chang为实际坐标，chang为像素坐标。
[0034]进一步的，所述Arduino控制系统的Arduino单片机微控制器与所述视觉系统进行通讯，驱动相关结构运动，在运动过程中，为获得机器人的安全性和稳定性，对电机运动进行速度采用增量式离散PID的闭环控制方法；根据位置式PID控制原理，机器人n
‑
1时刻的控制量如下式：
[0035][0036]设:Δu(n)＝u(n)
‑
u(n
‑
1)
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.收发快递机器人的机器视觉与Arduino控制系统，其特征在于：包括视觉系统和Arduino控制系统；所述视觉系统对快递上的单号码进行采集识别、分配地址和位置信息进行比对并将信息发送给Arduino单片机；所述Arduino控制系统接收所述视觉系统发送过来的地址，对信息进行字符串处理转化成对应快递所在货柜的坐标，对运动部分进行相应控制，使机器人将快递收/取到相应位置；所述视觉系统与Arduino控制系统用无线网络通信技术进行通讯，视觉系统作为服务器，Arduino控制系统作为客户端，通过走TCP/IP通信协议，从而实现各终端间的信息交互。2.根据权利要求1所述的收发快递机器人的机器视觉与Arduino控制系统，其特征在于：所述视觉系统通过识别快递外包装上的一维码获取序列信息，以便建立其与快递货架一一对应的X/Y/Z空间位置关系，实现收快递；同时，将位置信息与收件人信息合成二维码，待用户实名后通过识别该二维码，即可显示目标快递位置信息，实现取快递。3.根据权利要求2所述的收发快递机器人的机器视觉与Arduino控制系统，其特征在于：所述视觉系统的HALCON相机标定是通过公式的转换推算像素坐标与实际坐标的关系，实际坐标(X
W
,Y
W
,Z
W
)与像素坐标(u,v)的转换数学表达式为：其中，M1为相机内部参数，包括焦距f、单个像素元的宽d
y
、单个像素元的高d
x
、图像长度的像素值u0、图像宽度的像素值v0五个参数，M2为相机外部参数，包括旋转矩阵R与平移矩阵T。4.根据权利要求3所述的收发快递机器人的机器视觉与Arduino控制系统，其特征在于：所述视觉系统的HALCON中，一维码的解码、定位被集成为一套算子；在进行图像处理前，由于光源等因素的影响，会出现对比度太低、图像模糊的情况，使用scale_image()算子以增强图像对比度。(此处公式删除)使用emphasize()算子可以锐化其边缘，其对应的数学表达式为：res:＝round((orig
‑
mean)*Factor)+orig其中，res代表灰度平均值，mean代表原始灰度值；图像与处理完成后创建条形码的模型，由于条形码模型的单一性，采用条形码的默认值，使用“create_bar_code_model()”算子创建条形码模型，并使用“find_bar_code()”算子进行条形码的识别，识别到的结果由算子：“get_string_extents()”显示；其中，“get_string_extents()”算子的第三个参数代表是否识别到内容，数值为0时代表未识别到内容，为1时代表识别到内容。5.根据权利要求4所述的收发快递机器人的机器视觉与Arduino控制系统，其特征在于：所述视觉系统中对快递外形参数信息获取首先是获取图像，获取图像后使用中值滤波与高斯滤波进行图像的预处理，通过二值化、筛选面积、区域做差方法获取到快递边框图，再通过获取XLD轮廓的方式求取快递外形的长宽像素距离。
6.根据权利要求5所述的收发快递机器人的机器视觉与Arduino控制系统，其特征在于：所述获取XLD轮廓的提取是通过计算灰度值变化的倒数来提取图像中灰度值空间方向梯度大的边、线特征的过程，对于一个连续图像函数f(x,y)梯度表示为：获得图像边缘基本思路是：将图像使用高斯滤波器平滑滤波后，采用非极值抑制技术处理，得到图像边缘，其步骤如下：第一，使用高斯滤波器G(x,y)平滑图像f(x,y)，得到平滑图像f
s
(x,y)：f
s
(x,y)＝G(x,y)
×
f...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅志敏，江晓明，李琦，张融，程书阳，余文哲，田伟，
申请(专利权)人：武昌工学院，
类型：发明
国别省市：