申请/专利权人：武昌工学院

申请日：2022-03-17

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN114627192B

主分类号：G06T7/80

分类号：G06T7/80;G06T7/62;G06T7/13;G06T7/12;G06T5/70;G06K17/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2022.07.01#实质审查的生效;2022.06.14#公开

摘要：本发明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。

主权项：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，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；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TCPIP通信协议，从而实现各终端间的信息交互；基于Arduino单片机对电机的转速进行控制编程，利用速度闭环进行反馈调节，以使各个电机速度一致，从而确保机器人在运动过程中的安全性和稳定性；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XW,YW,ZW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dy、单个像素元的高dx、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；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；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；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fx,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Gx,y平滑图像fx,y，得到平滑图像fsx,y： fsx,y＝Gx,y×fx,y第二，计算上述图像每个像素点的幅值Mx,y和方向αx,y： 第三，将局部最大值点设为0，细化边缘；第四，设置高低阈值“T1”和“T2”，检测并连接边缘；HALCON中使用canny特征的边缘算子edgessubpixImageReduced,Edges,‘canny’,1.1,10,20；获得轮廓后使用segmentcontoursxld算子进行边缘的分割；selectshapexld算子筛选轮廓；sortcontoursxld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selectobj算子将每条线进行单独存储，并使用distancecc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；得到盒子长宽的像素值后，使用imagepointstoworldplane算子将像素坐标转换为世界坐标，所述imagepointstoworldplane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：SJchang:＝-chang*2100X+0.36其中，SJchang为实际坐标，chang为像素坐标；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： 设:Δun＝un-un-1得到: 令为积分系数，为微分系数，将上式化简为：Δun＝Kp[enen-1]+Kien+Kd[en-2en-1+en-2]这里是用用增量式离散PID控制，形成速度闭环，即计算出增量输出Pwm，即：Pwm＝Kp[en-en-1]+Kien+Kd[en-2en-1+en-2]在速度闭环控制系统里面只使用PI控制，因此对PID公式可简化为：Pwm＝Kp[en-en-1]+Kien式中：ek为本次偏差，en-1为上一次偏差，en-2为上上次偏差，Pwm为代表增量输出，T为采样周期，n为离散变量；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XYZ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，即显示目标快递位置信息，实现取快递；上位机程序的执行顺序首先是登录窗口输入账号密码进入主界面，在主界面选择存快递、取快递、通讯调试、后台快递存放内容查看四种界面；若想要程序正常进行，需先进入通讯调试界面设置端口号与波特率打开串口通讯，其中，通讯调试与后台快递存放内容查看四种界面想要进入时需提供后台权限密码，密码正确才能进入；存快递界面打开后放入快递执行相应程序；取快递界面打开后选择使用扫描二维码扫描或手动输入快递信息两种取快递方式，上位机分别收到信息后进行信息匹配并根据匹配结果发出不同指令；当用户发出取快递指令后，触发觉系统和Arduino微控系统启工作，机器人执行收快递至货架和从货架取快递至指定位置。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 武昌工学院 收发快递机器人的机器视觉与Arduino控制系统

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