一种基于无人机的智能盘点系统的控制方法与流程

本发明属于自动化控制与信息采集领域，涉及一种基于无人机的智能盘点系统的控制方法。

背景技术：

近年来，在国家政策的大力扶持和业内企业的不断努力下，我国的无人机产业和物联网产业均持续保持着良好的发展势头。物联网技术、智能硬件技术与无人机应用相结合在智能感知、信息采集与处理、自动化系统等信息技术领域催生出新的应用。仓储管理是物流的一个重要环节，高效率的仓储管理可使商品的“时间价值”和“空间价值”得到充分发挥。现代企业仓储管理在盘点库存方面需要使用大量人力，当前仓库盘点是通过仓库管理人员手持rfid或者条形码阅读器对货物上的rfid标签或条形码逐个扫描，在应对高层货架(3m以上)时，采用叉车取下货物再盘点的形式，工作流程冗杂；再加上仓库环境复杂，货物种类繁杂，很容易记混、记露，加之由于盘点前无详细的盘点计划、人员分工混乱，中转、退货仓货物摆放混乱，容易造成账实不符、长期找不到货物的问题。对于存货周转率高、效期要求高、人工成本高的企业急需一套智能库存盘点系统来解决企业实际库存中存在的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术不足与企业对于仓库盘点领域的需求，提出一种基于无人机的智能盘点系统的控制方法。

本发明共有3部分组成，分别是uwb定位基站与定位节点，信息采集模块，无人机飞行控制模块。

本发明采用的控制方式包括如下步骤：

步骤一、预先对仓库面积，货架间距，货架长宽，货架距离四周墙面与障碍物距离进行测量。导入库存盘点管理软件的仓库地图生成，在库存盘点管理软件上，将仓库视为一个二维平面，将可飞行路径栅格化，每个栅格为一个立方体，形成二维仓库地图。

步骤二、根据生成的二维仓库地图，将多个超宽带无线通信定位基站摆放到仓库中，计算终端的坐标值，具体步骤如下：设超宽带无线通信基站位置为a，b，c；无人机上的节点位置为d，并已测出三个基站到终端d的距离分别为r1，r2，r3，则以三个基站坐标为圆心，三基站到未知终端距离为半径可以画出三个相交的圆，未知节点坐标即为三圆相交点；

采用最小二乘法进行估计，并针对n个基站n≥3，已知n个基站的坐标分别为(x1,y1)，(x2,y2)，…，(xn,yn)，未知终端坐标为(x,y)，由以下步骤求解：

①：建立信标节点与未知节点距离方程组

②：上边方程组为非线性方程组，用方程组中前n-1个方程减去

第n个方程后，得到线性化的方程：

ax＝b

其中：

②：用最小二乘法求解上边方程得：

x＝(a^ta)^-1a^tb

最后计算出未知终端的坐标计算值x。

步骤三、手动设定盘点区域，与盘点路径二维坐标，盘点路径坐标生成航点文件，导入到无人机系统。

步骤四、无人机读取当前超宽带无线通信定位坐标(xp,yp)，即无人机的坐标，与航点文件第一个坐标点(xe,ye)形成差量值，通过双环pid控制无人机飞向第一个航点。

步骤五、无人机飞到上述航点文件的第一个点时，向信息采集系统发送开始读取标签信息标值位，信息采集系统读取条形码或者rfid标签。步骤五、读取一个条形码或rfid标签，信息采集系统向无人机控制系统发送获取信息标志位，无人机系统记录当前超宽带无线通信坐标，将坐标点通过串口回传给信息采集系统。

步骤六、信息采集系统获取无人机控制系统发来的超宽带无线通信坐标值，与条形码数据形成一个数据包通过wifi发送到服务器，形成完成信息标志位，发送给无人机飞行控制系统。

步骤七、无人机飞行控制系统接收到完成信息标志位后，读入下一个航点坐标，控制无人机向下一个坐标点飞行。

步骤八、系统判断是否走完预设路径，如果没走完，则按照预设点继续进行盘点；如果走完预设路径，则无人机飞到固定位置降落。

作为优选，所述的读取条形码或者rfid标签的具体步骤为：将输入的rgb彩色图像提取每一帧图像与帧率；将每一帧图像转换成灰度图像i(x,y)；分别求取灰度图在x,y轴上的梯度图并做差得到梯度差图像i1(x1,y1)；对上述i1梯度差图采用9*9的核进行平均模糊降噪与图像二值化处理得到图i2(x2,y2)；进而进行形态学处理，先开运算后闭运算得到处理后的图像i3(x3,y3)；将每一帧图像转换成pil格式输入到zbar库中获取图像条形码或rfid标签。

作为优选，所述的每个栅格的格点精确到厘米级。

本发明相当于现有技术的有益效果：

1、人工成本优势：针对现有仓库的人工成本问题，本发明通过机器取代现有人工盘点，用户只需要选择盘点路径，机器可以自动盘点，整个过程大大减少了所需盘点人力。

2、效率优势：本发明通过无人机携带摄像头和rfid射频阅读器对货物上的条形码进行扫描，解决了人工盘点高层货架需要升降叉车或者上下攀爬货梯的问题，大大的提升了高层货架的盘点效率，耗时更短，货物量小的企业甚至可以一天盘点多次，方便快消企业和仓库周转率高的企业实时了解仓库内货物数量，为生产经营决策提供依据。

3、功能性优势：传统企业一直被找不到对应的货物而烦恼，通过本发明所述技术，企业可以在盘点的同时洞悉货物所在位置坐标，解决退货仓，周转仓等流动性大，品种混杂的仓库管理人员找货难的问题。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

图2为本发明控制流程示意图；

图3为uwb地图信息导入流程图；

图4为uwb定位坐标获取流程图；

图5为图像识别条形码流程图；

图6为三个基站到终端d的距离测量示意图。

具体实施方式：

如图1、图2所示，本发明一种基于无人机的智能盘点系统的控制方法，该方法具体包括以下步骤：

(1)如图3所示，预先对仓库面积，货架间距，货架长宽，货架距离四周墙面与障碍物距离等仓库环境信息进行测量；将测量数据导入库存盘点管理软件中仓库地图生成栏；在库存盘点管理软件上，将仓库视为一个二维平面，将可飞行路径栅格化，每个栅格为一个立方体，格点精确到厘米级，形成二维仓库地图；

(2)手动设定盘点区域，与盘点路径二维坐标，将盘点路径坐标生成航点文件，导入到无人机系统。

(3)uwb定位坐标获取流程如图4所示，根据生成的二维仓库地图，将uwb定位基站摆放到仓库合适位置，uwb定位坐标用于后续自动化控制。坐标获取采用三边定位算法，算法具体步骤如下：设uwb基站位置为a，b，c；无人机上的节点位置为d，并已测出三个基站到终端d的距离分别为r1，r2，r3，则以三个基站坐标为圆心，三基站到未知终端距离为半径可以画出三个相交的圆，如图6所示，未知节点坐标即为三圆相交点；

采用最小二乘法进行估计，并针对n个基站(n≥3)，已知n个基站的坐标分别为(x1,y1)，(x2,y2)，…，(xn,yn)，未知终端坐标为(x,y)，由以下步骤求解：

①：建立信标节点与未知节点距离方程组

②：上边方程组为非线性方程组，用方程组中前n-1个方程减去

第n个方程后，得到线性化的方程：

ax＝b

其中：

②：用最小二乘法求解上边方程得：

x＝(a^ta)^-1a^tb

最后计算出未知终端的坐标计算值x即为获取到的uwb坐标点。

(4)无人机读取当前uwb定位坐标(xp,yp)，与航点文件第一个坐标点(xe,ye)形成差量值，通过双环pid控制无人机飞向第一个航点。

(5)无人机飞到上述航点文件的第一个点时，向信息采集系统发送开始读取标签信息标值位(massage_start_flag)，信息采集系统读取条形码或者rfid标签。图像读取条形码的具体步骤如图5所示：将输入的rgb彩色图像提取每一帧图像与帧率；将每一帧图像转换成灰度图像i(x,y)；分别求取灰度图在x,y轴上的梯度图并做差得到梯度差图像i1(x1,y1)；对上述i1梯度差图采用9*9的核进行平均模糊降噪与图像二值化处理得到图i2(x2,y2)；进而进行形态学处理，先开运算后闭运算得到处理后的图像i3(x3,y3)；将每一帧图像转换成pil格式输入到zbar库，获取条形码数据。

(6)读取一个条形码或rfid标签后，信息采集系统向无人机控制系统发送获取信息标志位message_get_flag，无人机系统记录当前uwb坐标，将坐标点通过串口回传给信息采集系统。

(7)信息采集系统获取无人机控制系统发来的uwb坐标值，与条形码数据形成一个数据包通过wifi发送到服务器，产生完成信息标志位(message_finish_flag)，发送给无人机飞行控制系统。

(8)无人机飞行控制系统接收到完成信息标志位后，读入下一个航点坐标，控制无人机向下一个坐标点飞行。

(9)系统判断是否走完预设路径，如果没走完，则按照预设点继续进行盘点；如果走完预设路径，则无人机飞到固定位置降落。