一种基于可见光室内定位技术的分拣搬运系统的制作方法

本实用新型涉及室内可见光定位技术领域，具体涉及一种基于可见光室内定位技术的分拣搬运系统，主要应用于室内物体分拣搬运。

背景技术：

随着现代化物流行业的迅猛发展，传统的人工分拣搬运的方式已经不能满足物流行业的需求，于是更多企业选择将目光聚焦到分拣搬运自动化技术上，以期望降低生产成本，提高工作效率，增大产能。

目前，物流分拣搬运自动化主要依靠导引技术，导引技术有多种，例如：电磁导引、激光导引、惯性导引等。这些导引方式虽然都能较准确的实现搬运车的自动寻迹，但普遍存在使用的辅助设备较多、元件复合程度差、面对复杂环境下调用的传感器多、信息处理速率慢、控制系统相对复杂且成本较高，或者是灵活性差、路径改变麻烦等问题。

因此，鉴于以上问题，有必要提出一种新的分拣搬运系统，从而使物流分拣搬运系统更加智能化和现代化，进而实现降低生产成本的目的。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型公开一种基于可见光室内定位技术的分拣搬运系统，所述分拣搬运系统利用摄像镜头捕捉室内可见光源，然后通过图像数据处理模块分析并处理数据，通过颜色识别的粗略定位和三边定位的精准定位功能相结合的方式，计算出搬运车与光源的距离，从而实现搬运车在室内的可见光定位，解决了采用颜色识别粗略定位的定位精度不高和精确定位的定位范围小的问题，节约了资源、降低了功耗。

根据本实用新型的目的提出的一种基于可见光室内定位技术的分拣搬运系统，包括搬运车以及设置于与搬运区域对应的室内顶部的识别区域，所述搬运车上设置有自动识别搬运装置，所述识别区域分割成若干相邻的正六边形区域，每一所述正六边形区域均涂抹带颜色的涂料，并于每一正六边形区域的中心处放置可见光光源，相邻两正六边形区域颜色不同；所述自动识别搬运装置包括摄像头模块以及单片机控制模块，所述摄像头模块包括设置于搬运车的顶端、初始位置垂直向上、用于采集搬运车的定位图像的摄像镜头以及与摄像镜头电连接、用于根据摄像镜头采集的图像信息获得搬运车定位信息的图像数据处理模块，所述单片机控制模块与图像数据处理模块电连接，根据定位信息驱动搬运车；所述摄像镜头采集搬运车的定位图像传输至图像数据处理模块，所述图像数据处理模块通过颜色识别算法识别搬运车上方正六边形区域的颜色，确定出搬运车的粗略位置，实现粗定位，然后根据最亮像素点提取算法，提取图像中的最亮像素点的位置坐标，最后根据三边定位算法算出搬运车的具体位置，实现精确定位。

优选的，所述搬运车上还设置有搬运车速度控制模块，所述搬运车速度控制模块包括顺序连接的电机驱动模块、单片机控制模块以及增量式编码器；所述电机驱动模块用于驱动电机，以实现电机的调速；所述单片机控制模块用于接收增量式编码器输入的信号并向电机驱动模块输出控制命令；所述增量式编码器用于将采集到的电机转速转变为数字量，为单片机控制模块控制电机驱动模块提供数据支持，所述增量式编码器的输出端与单片机控制模块的输入端连接。

优选的，所述搬运车上还设置有物品搬运装置，所述物品搬运装置为单片机控制模块输出端通过数字舵机连接的抓钩，所述数字舵机接收单片机控制模块输出的pwm控制信号，驱动抓钩抓取和搬运物品；所述抓钩为三指机械抓取装置，设置在搬运车车身上，并通过多个数字舵机控制其伸缩以及抓取动作。

优选的，所述单片机控制模块为stm32f103zet6型32位低功耗单片机系统。

优选的，所述摄像镜头型号为ov7725，所述图像数据处理模块由通过专用接口互相连接的stm32f765vit6控制系统、sd卡读卡器、供电电路和功能总线端口组成，所述图像数据处理模块将定位信息用spi总线传输给stm32f103单片机控制模块。

与现有技术相比，本实用新型公开的一种基于可见光室内定位技术的分拣搬运系统的优点是：

(1)本实用新型采用复合技术的摄像头模块来替代多种测距、识别传感器，捕捉室内可见光的图像，然后运用可见光室内定位技术实现室内搬运车的定位。一方面，降低了耗材、降低污染、保护环境；另一方面，减少了其它传感器的使用，从而降低了传统搬运车的造价，并且降低了搬运车的使用功耗，提高了搬运车的稳定性和可靠性。

(2)本实用新型使用stm32f103作为主控芯片，可将功耗减低30％以上，而且具有较高的处理速度、错误率低，用户群体广泛、资料丰富，方便后期用户自行对搬运车进行软硬件升级。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。

图1为本实用新型公开的一种基于可见光室内定位技术的分拣搬运系统的原理框图。

图2为单片机控制系统电路图。

图3为摄像头模块电路图。

图4为电机驱动模块电路图。

图5为系统程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做简要说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。

图1-图5示出了本实用新型较佳的实施例，分别从不同的角度对其进行了详细的剖析。

如图1-5所示的一种基于可见光室内定位技术的分拣搬运系统，包括搬运车以及设置于与搬运区域对应的室内顶部的识别区域。

识别区域分割成若干相邻的正六边形区域，每一正六边形区域均涂抹带颜色的涂料，并于每一正六边形区域的中心处放置可见光光源，相邻两正六边形区域颜色不同。如在一百平方米的室内搬运工作区中，大功率可见光灯分别位于10米以上高度的工作区顶部，按上述要求排布，顶部天花板也按照上述要求涂刷，既保证光线能够照射到仓库中任一位置的搬运车，不会被货架遮挡，使搬运车实现自主定位，并且能满足日常的照明需求。

搬运车上设置有自动识别搬运装置，该自动识别搬运装置包括摄像头模块以及单片机控制模块，摄像头模块包括设置于搬运车的顶端、初始位置垂直向上、用于采集搬运车的定位图像的摄像镜头以及与摄像镜头电连接、用于根据摄像镜头采集的图像信息获得搬运车定位信息的图像数据处理模块，单片机控制模块与图像数据处理模块电连接，根据图像数据处理模块输出的定位信息驱动搬运车。

摄像镜头采集可见光光源和天花板不同区域的颜色图像，将光信号转换成图像信号传输给图像数据处理模块，图像数据处理模块通过颜色识别算法识别搬运车上方正六边形区域的颜色，确定出搬运车的粗略位置，实现粗定位，然后根据最亮像素点提取算法，提取图像中的最亮像素点的位置坐标，最后根据三边定位算法算出搬运车的具体位置，实现精确定位。图像数据处理模块通过spi总线通信将处理好的搬运车位置信息传输给单片机控制模块，单片机控制模块根据定位的信息不仅可以通过调节电机驱动模块中的pwm值进行闭环系统的速度控制，也可以通过产生的pwm信号直接控制数字舵机进行物体的抓取。

进一步的，搬运车上还设置有搬运车速度控制模块，该搬运车速度控制模块包括顺序连接的电机驱动模块、单片机控制模块以及增量式编码器。其中，电机驱动模块用于驱动电机，以实现电机的调速。单片机控制模块用于接收增量式编码器输入的信号并向电机驱动模块输出控制命令。增量式编码器用于将采集到的电机转速转变为数字量，为单片机控制模块控制电机驱动模块提供数据支持，增量式编码器的输出端与单片机控制模块的输入端连接。

具体的，增量式编码器可以测量减速电机的转速，与单片机控制模块、电机驱动模块、减速电机构成一个闭环系统，通过pid调节来实现搬运车速度的精确控制。

电机驱动模块电路采用两组4个mos管组成的h桥电路，从单片机控制模块输出的pwm信号通过ir2104驱动八路mos管，从而驱动两个正反转直流减速电机。ir2104驱动mos管组成h桥的驱动电路，使用八只ir7843mos管，导通电阻小，官方数据手册显示仅为3.3毫欧，大电流160a，具有光耦隔离，防止电流倒灌的功能，仅需两路pwm就可以控制电机的速度和正反转，同时还可以保持两路pwm信号的同步且极性相反。ir2104是美国ir推出的大功率mosfet专用驱动芯片，已在电源变换、马达调速等功率驱动领域获得了广泛应用，该芯片体积、集成度高、响应快、偏值电高、驱动能力强，而且成本低，易于调试，只要电容选择恰当，该模块电路就会稳定运行。

进一步的，所述搬运车上还设置有物品搬运装置，该物品搬运装置为单片机控制模块输出端通过数字舵机连接的抓钩，数字舵机接收单片机控制模块输出的pwm控制信号，驱动抓钩抓取和搬运物品。具体的，抓钩为三指机械抓取装置，设置在搬运车车身上，并通过多个数字舵机控制其伸缩以及抓取动作。

进一步的，单片机控制模块为stm32f103zet6型32位低功耗单片机系统，该系统可以支持5v电源供电，支持i2c、spi、can、uart总线通信，有4个通用定时器，112个通用io口。该系统包含复位电路、晶振电路、降压电路、按键电路，可以实现单片机基本的功能。

进一步的，摄像镜头型号为ov7725，摄像头传感器和ov7725摄像头模块中的感光元件在80fps下可以处理640×4808-bit灰度图或者320×24016-bitrgb565彩色图像，可以清楚的显示摄像头捕捉的图像。图像数据处理模块采用的是st公司的stm32f765vit6芯片，该芯片为armcortexm7处理器，216mhz主频，拥有512kbram，2mbflash，可以轻松胜任图像处理的工作，其通过专用接口互相连接的stm32f765vit6控制系统、sd卡读卡器、供电电路和功能总线端口组成，将定位信息用spi总线传输给stm32f103单片机控制模块进行下一步的控制。

具体工作流程，如图5所示，系统初始化后进入规划导航路线，此时单片机控制系统根据是否到达目的地的判断依据进行判断，未到达的情况程序继续规划路线，到达的情况控制系统发出命令进行物品的抓取，待物品抓取完，更换目的地重新规划导航路线，到达目的地时放下物品结束这一轮搬运工作。

综上所述，本实用新型采用复合技术的摄像头模块来替代多种测距、识别传感器，捕捉室内可见光的图像，然后运用可见光室内定位技术实现室内搬运车的定位。一方面，降低了耗材、降低污染、保护环境；另一方面，减少了其它传感器的使用，从而降低了传统搬运车的造价，并且降低了搬运车的使用功耗，提高了搬运车的稳定性和可靠性。同时，本实用新型使用stm32f103作为主控芯片，可将功耗减低30％以上，而且具有较高的处理速度、错误率低，用户群体广泛、资料丰富，方便后期用户自行对搬运车进行软硬件升级。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本实用新型。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。