羅義釗 程樹英 涂靈 林志文 魏利龍

摘要：本文提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能分揀系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能分揀功能和數(shù)據(jù)采集方法的硬件和軟件設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了詳細(xì)的論述，以供各位讀者參考。

關(guān)鍵詞：智能分揀；硬件設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP391.44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）08-0170-02

傳統(tǒng)的物流倉庫分揀和裝卸工作主要依靠人工操作叉車的方式來實(shí)現(xiàn)，存在著破壞率高、工作效率低以及分揀難度大等問題。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展為現(xiàn)代物流倉庫的智能化水平的提升奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。AGV（Automated Guided Vehicle）是一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)引導(dǎo)機(jī)器人，它完全具備了不在人工干預(yù)環(huán)境下對(duì)貨物進(jìn)行智能識(shí)別、分揀以及裝卸的功能，全面提升了倉庫管理智能化的水平。目前使用最為廣泛的AGV搬運(yùn)機(jī)器人有亞馬遜的Kiva機(jī)器人、京東的無人倉計(jì)劃等。但是，在實(shí)際運(yùn)用的過程中，AGV搬運(yùn)機(jī)器人依然存在著識(shí)別貨物準(zhǔn)確率不高、自動(dòng)規(guī)劃路徑效率低等問題，在很大程度上制約著AGV機(jī)器人工作質(zhì)量和工作效率的提升，而物聯(lián)網(wǎng)AGV貨物智能分揀系統(tǒng)的誕生，則能有效地避免上述問題，加快智能化倉儲(chǔ)發(fā)展。綜上所述，對(duì)本文進(jìn)行深入的分析與研究具有十分重要的意義。

1 相關(guān)技術(shù)簡介

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的定義

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）指的是將無處不在的末端設(shè)備和設(shè)施聯(lián)系在一起之后形成的網(wǎng)絡(luò)體系，由內(nèi)在智能和外在使能兩個(gè)部分組成，其中內(nèi)在智能包含了移動(dòng)終端、工業(yè)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、家庭智能設(shè)施以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)等領(lǐng)域；而外在使能則包含了貼上RFID的各種資產(chǎn)、安裝有無線終端的對(duì)象等等，通過各種通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通（M2M）、應(yīng)用大集成（Grand Integration）以及基于云計(jì)算的SaaS營運(yùn)等模式。同時(shí)，在內(nèi)網(wǎng)、專網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)的作用下，運(yùn)用合適的信息安全保障機(jī)制實(shí)時(shí)在線監(jiān)測、定位追溯、報(bào)警聯(lián)動(dòng)、調(diào)度指揮、預(yù)案管理、遠(yuǎn)程控制、安全防范、遠(yuǎn)程維保、在線升級(jí)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、決策支持等管理和服務(wù)功能，最終形成高效、節(jié)能、安全、環(huán)保管理萬物的智能網(wǎng)絡(luò)[1]。

1.2 AGV智能搬運(yùn)機(jī)器人

Automated Guided Vehicle簡稱AGV，常見的形態(tài)有AGV搬運(yùn)機(jī)器人和AGV小車兩種，主要被應(yīng)用于自動(dòng)物流的分揀和搬運(yùn)工作中。它的運(yùn)行原理是通過特殊導(dǎo)航系統(tǒng)和貨物識(shí)別系統(tǒng)，將特定的貨物分揀并運(yùn)輸至指定的地點(diǎn)，當(dāng)前最為常用的引導(dǎo)方式有詞條引導(dǎo)、激光引導(dǎo)以及RFID引導(dǎo)三種。因磁條引導(dǎo)方式具有準(zhǔn)確性高、成本低廉等優(yōu)勢，被廣泛運(yùn)用于該智能搬運(yùn)機(jī)器人中；而激光引導(dǎo)的使用，則需要花費(fèi)大量的成本，很少會(huì)被人們采用；RFID引導(dǎo)的成本費(fèi)用相對(duì)適中，同時(shí)具有高精度的引導(dǎo)能力，操作簡便，可以用于復(fù)雜的站點(diǎn)式布局分揀系統(tǒng)中。

2 AGV智能分揀系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

AGV貨物智能分揀系統(tǒng)的硬件部分主要由STM32F4微控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、貨物識(shí)別、AGV導(dǎo)航以及AGV避障等模塊組成。其中STM32F4微控制器的主要作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)AGV智能分揀機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測，并實(shí)時(shí)共享機(jī)器人的位置。此外，STM32F4微控制器還能通過接受服務(wù)器指令的方式，對(duì)貨物識(shí)別模塊、導(dǎo)航模塊以及避障模塊的運(yùn)行方向和速度進(jìn)行控制，最終實(shí)現(xiàn)AGV機(jī)器人智能分揀貨物的功能。

2.1 AGV智能分揀系統(tǒng)貨物識(shí)別的硬件設(shè)計(jì)

在AGV貨物識(shí)別子系統(tǒng)使用了先進(jìn)的OV 7670圖像傳感器對(duì)貨物進(jìn)行識(shí)別，該技術(shù)的運(yùn)用，幫助我們實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用SCCB總線控制貨物識(shí)別模塊輸出8位傳輸數(shù)據(jù)的功能，傳輸速度最高可達(dá)到30幀/秒。此外，OV 7670圖像傳感器技術(shù)的應(yīng)用，還有助于我們利用固定圖案噪聲、拖尾以及浮散等方式來增強(qiáng)圖像質(zhì)量，是系統(tǒng)可以獲取高清晰度、高穩(wěn)定性的彩色圖像得到清晰穩(wěn)定的彩色圖像，從而增強(qiáng) AGV智能分揀系統(tǒng)貨物識(shí)別功能[2]。

2.2 AGV智能分揀系統(tǒng)導(dǎo)航功能的硬件設(shè)計(jì)

HMC5883L磁阻傳感器與MPLJ-6050運(yùn)動(dòng)處理傳感器是AGV智能分揀系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能的兩個(gè)重要組成部分。其中HMC5883L磁阻傳感器運(yùn)用了霍尼韋爾各向異性磁阻（AMR）技術(shù)，使AGV智能分揀機(jī)器人在運(yùn)行的過程中可以在軸向運(yùn)動(dòng)和線性運(yùn)動(dòng)的過程中獲得高靈敏度，在實(shí)現(xiàn)AGV智能分揀系統(tǒng)導(dǎo)航功能的同時(shí)，增強(qiáng)導(dǎo)航的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。HMC5883L磁阻傳感器集成了3軸角速度和3軸加速度，此項(xiàng)技術(shù)在智能分揀機(jī)器人中的運(yùn)用，能夠使機(jī)器人的羅盤航向、軟磁、硬磁以及自動(dòng)校準(zhǔn)庫等模塊的運(yùn)行不受強(qiáng)磁場環(huán)境的影響，同時(shí)還可以結(jié)合微貫導(dǎo)技術(shù)獲取AGV機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的運(yùn)行性能和實(shí)時(shí)位置。

3 AGV智能分揀系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

AGV貨物智能分揀系統(tǒng)的主要采用了分布式算法的方式進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，該技術(shù)的運(yùn)用，巧妙的結(jié)合了多個(gè)AGV之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了的協(xié)同及智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)AGV智能識(shí)別貨物、自主導(dǎo)航規(guī)劃路徑功能[3]。

3.1 AGV智能分揀系統(tǒng)貨物識(shí)別的軟件設(shè)計(jì)

AGV智能分揀系統(tǒng)同時(shí)使用了圖像識(shí)別技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)兩種軟件實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的貨物識(shí)別功能。該軟件設(shè)計(jì)方式需要幾個(gè)方面加以實(shí)現(xiàn)：首先，對(duì)倉庫中存在的貨物條碼和貨物輪廓等信息進(jìn)行采樣，并建立貨物特征樣本庫；其次，運(yùn)用CCD攝像機(jī)獲取貨物的條碼、貨物圖像以及貨物的輪廓特征等信息；最后，運(yùn)用決策樹迭代算法自動(dòng)匹配和識(shí)別貨物，繼而增強(qiáng)AGV智能分揀系統(tǒng)識(shí)別貨物條碼及時(shí)性、準(zhǔn)確性以及全明性。

3.2 AGV智能分揀系統(tǒng)導(dǎo)航功能的軟件設(shè)計(jì)

AGV導(dǎo)航系統(tǒng)使用的是微慣導(dǎo)技術(shù)，它通過加速度計(jì)、陀螺儀等測量AGV小車或機(jī)器人的角加速度和線性加速度，與傳統(tǒng)的平臺(tái)導(dǎo)航坐標(biāo)系相比，微慣導(dǎo)技術(shù)的運(yùn)用，有效地避免了我們手動(dòng)構(gòu)建三維坐標(biāo)系的麻煩，只需要使用陀螺儀和加速度計(jì)算器對(duì)物體的角速度和加速度進(jìn)行計(jì)算，就可以構(gòu)建出坐標(biāo)系。此外，加速度計(jì)算器通過測量運(yùn)動(dòng)載體的運(yùn)動(dòng)加速度之后，就能獲得運(yùn)動(dòng)載體的速度，我們只需要使用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣和歐拉角關(guān)系，就能獲取導(dǎo)航坐標(biāo)系下的位置。

4 結(jié)語

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，AGV智能分揀系統(tǒng)在智能分揀、智能導(dǎo)航以及智能分揀等方面的能力都得到了提升，有效地推動(dòng)了倉儲(chǔ)智能化的轉(zhuǎn)型，值得我們?cè)诮窈蟮墓ぷ髦胁粩嘌邪l(fā)和推廣。同時(shí)，我們也需要在今后的工作中不斷學(xué)習(xí)與該技術(shù)有關(guān)的知識(shí)，積極分析影響此項(xiàng)技術(shù)向商業(yè)化、智能化轉(zhuǎn)變的因素，并采取行之有效的措施加以應(yīng)對(duì)，為倉儲(chǔ)管理智能化、高效率的提升提供充足的人力資源保障。

參考文獻(xiàn)

[1]李家華.基于RFID物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能物流系[J].中國市場，2017，（15）：296.

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[3]林敏.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能變電站輔助系統(tǒng)及應(yīng)用[J].電力工程技術(shù)，2013，（6）：19-22.