基于Mecanum轮车的物流快递智能无人存取系统

基于mecanum轮车的物流快递智能无人存取系统
技术领域
1.本发明涉及人工智能技术领域，具体为基于mecanum轮车的物流快递智能无人存取系统。


背景技术：

2.随着社会经济的不断发展以及人工智能和工业4.0浪潮在中国的蓬勃兴起，机器人的应用已逐渐成为企业智能化升级的新常态。同时，高速增长的物流需求对物流行业的服务效率提出了更高要求，传统物流已经难以满足形成的新的需求，高自动化的新型物流正在兴起，工业机器人在物流方面的应用也逐渐普及。由于现代社会物流行业逐渐向智能物流方向发展，实现快递站分发货物的全自动化，集图像识别、视觉处理、分拣货物、分发货物等多重功能衍生而来的全智能机器人正是本项目研究和未来发展的重要方向。此外，由于快递业包括揽收、运输、中转、派送等多个环节，因此对于厂房以及人力资源的需求极高，相应会产生极高的前期成本。在当前快递业务量逐年递增的情况下，尽管各快递站尽可能地更新自己的设备，但对于“最后一公里”的配送作业仍然需要由快递员的人工作业来完成。
3.在当下，从传统物流向智能物流的过渡阶段，针对快递行业需求量激增的问题，只能采取多雇佣劳动力、简单地应用手推车推货物、手动进行人力分拣货物以及在狭窄的快递站让收件人自行寻找快递这一方法来解决。但由于空间狭窄，现有存取系统中无人车大多是根据环境光进行寻路的，在寻路过程中会易受环境光影响，进而出现寻路失败或错误的情况，极大地限制了存取效率。


技术实现要素：

4.本发明的目的是：针对现有技术中由于空间狭窄，现有存取系统中无人车大多是根据环境光进行寻路的，在寻路过程中会易受环境光影响，进而出现寻路失败或错误的情况，极大地限制了存取效率，提出基于mecanum轮车的物流快递智能无人存取系统。
5.本发明为了解决上述技术问题采取的技术方案是：
6.基于mecanum轮车的物流快递智能无人存取系统，包括：快递快速分拣与自动识别编号子系统、数据管理子系统以及智能无人车拾取子系统；
7.所述快递快速分拣与自动识别编号子系统用于对货物进行分拣，并对每件货物进行编号，并生成对应的apriltag，贴在货物表面，之后获取货架的存储状态，并选取货架上存储状态为未存储的位置与该编号对应，之后获取该位置的坐标信息，并将货物存储至对应位置，最后将编码、该编码对应的货架上的位置以及该位置的坐标信息上传到数据库中；
8.所述数据管理子系统用于接收取件请求，并根据取件请求中的编号，在数据库中调取该编号对应位置的坐标信息，并根据坐标信息规划路线；
9.所述智能无人车拾取子系统用于根据规划路线将货物进行提取；
10.所述智能无人车拾取子系统基于麦克纳姆轮无人车进行货物提取，所述麦克纳姆
轮无人车基于麦克纳姆轮驱动；
11.所述数据管理子系统中根据坐标信息规划路线基于轨迹地图进行，所述轨迹地图的布置步骤为：首先在货架之间主路地面设置黑线，并将黑线连接，然后在主路黑线上，每隔0.5米设置一条与主路黑线垂直交叉的黑线；
12.所述麦克纳姆轮无人车的四个运动方向中每个运动方向安装3个红外传感器，共计12个红外传感器，所述四个运动方向包括前向、后向、左向、右向，并以前向和后向为x轴方向，以左向和右向为y轴方向；
13.当麦克纳姆轮无人车沿x轴方向运动时，x轴前后6个传感器用于检测主路地面黑线，并使无人车沿黑线运动，此时y轴方向上的6个传感器用于检测轨道两侧与主路黑线垂直交叉的黑线，进行位置判断；
14.所述根据坐标信息规划路线的具体步骤为：
15.寻迹地图上每个黑线交点都对应一个唯一的坐标，麦克纳姆轮无人车通过对比编号对应位置的坐标信息和自己当前坐标，并通过红外探测法进行移动，此时，x轴前后6个传感器用于保持小车直线行驶，y轴方向上的6个传感器用于判定自身坐标，麦克纳姆轮无人车不断更新自身位置。
16.进一步的，所述智能无人车拾取子系统将货物进行存取通过机械臂进行，所述机械臂为三连杆机械臂。
17.进一步的，所述三连杆机械臂将货物进行提取的具体步骤为：
18.步骤一：获取三连杆机械臂各关节的旋转矩阵，进而得到机械臂末端的坐标：
19.步骤二：加载摄像头程序，读取相机内外参数，启动对应的回调函数，在回调函数中将获取的ros图像转换为numpy形式数据，即bgr格式的图像信息；
20.步骤三：将bgr格式的图像信息转换为灰度图像信息，并调用apriltag库文件函数对灰度图像信息进行apriltag检测，得到标签码四个角点坐标及中心点坐标；
21.步骤四：对标签码四个角点坐标及中心点坐标进行位置计算，得到标签码四个角点坐标及中心点坐标与吸盘位置之间的距离和欧拉角，
22.步骤五：根据apriltag得到该标签码存储的信息，即编号，并在回传画面中显示出编号、标签码四个角点坐标及中心点坐标与吸盘位置之间的距离和欧拉角；
23.步骤六：识别连续多帧的摄像头画面，然后判断各帧识别到的编号是否一致，若一致，则根据标签码四个角点坐标及中心点坐标与吸盘位置之间的距离和欧拉角，控制机械臂对目标进行拾取，否则，提示错误。
24.进一步的，所述机械臂末端的坐标表示为：
[0025][0026]
其中，xyz表示末端的坐标，t表示旋转矩阵。
[0027]
进一步的，所述麦克纳姆轮为4个，所述麦克纳姆轮的轮毂轴与辊子转轴呈45
°
角。
[0028]
进一步的，所述麦克纳姆轮无人车采用增量式pid控制方式进行调速。
[0029]
进一步的，所述麦克纳姆轮无人车采用增量式pid控制方式进行调速的具体过程
为：
[0030]
步骤一：麦克纳姆轮无人车上设有单位时间编码器，根据单位时间编码器返回的脉冲得到电机转速，进而得到车辆行进速度；
[0031]
步骤二：将车辆行进速度与目标值进行比较，得到偏差值；
[0032]
步骤三：选取pid参数，通过对偏差值进行比例、积分和微分计算得到输出的增量值
[0033]
步骤四：将增量值叠加到上一时刻的输出中，得到下一时刻的输出值
[0034]
步骤五：重复执行这个过程，以达到对小车速度的实时控制。
[0035]
进一步的，所述麦克纳姆轮的转速表示为：
[0036][0037]
其中，分别表示4个麦克纳姆轮的转速，和表示真实速度的横向分量和纵向分量，ω(a+b)表示速度偏差值。
[0038]
本发明的有益效果是：
[0039]
本技术通过布置的轨迹地图，并基于麦克纳姆轮无人车进行货物提取，利用红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射特性，避免了现有技术中无人车易受环境光影响，进而导致寻路失败或错误的情况，极大地提升了存取效率。
[0040]
本技术利用该系统通过配套的硬件平台可实现物件存取过程的智能化和无人化，方便快捷，提高工效。根据mecanum(麦克纳姆)轮的物理特性，组装一台基于四麦克纳姆轮移动的无人车机械臂协作系统，带有抓手的机械臂适当安装在的底架上，可实现全向移动机器人智能抓取等功能。本技术通过apriltag对货物进行编码，并通过路线规划，通过无人车进行货物提取，极大地减少了找错、拿错快递的现象，提升了快递提取的效率。
附图说明
[0041]
图1为基于mecanum轮车的无人存取系统示意图；
[0042]
图2为安装在macanum车底盘底部的红外传感器位置示意图；
[0043]
图3为运动轨迹地图设置示意图。
具体实施方式
[0044]
需要特别说明的是，在不冲突的情况下，本技术公开的各个实施方式之间可以相互组合。
[0045]
具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于mecanum轮车的物流快递智能无人存取系统，包括：快递快速分拣与自动识别编号子系统、数据管理子系统以及智能无人车拾取子系统；
[0046]
所述快递快速分拣与自动识别编号子系统用于对货物进行分拣，并对每件货物进行编号，并生成对应的apriltag，贴在货物表面，之后获取货架的存储状态，并选取货架上存储状态为未存储的位置与该编号对应，之后获取该位置的坐标信息，并将货物存储至对
应位置，最后将编码、该编码对应的货架上的位置以及该位置的坐标信息上传到数据库中；
[0047]
所述数据管理子系统用于接收取件请求，并根据取件请求中的编号，在数据库中调取该编号对应位置的坐标信息，并根据坐标信息规划路线；
[0048]
所述智能无人车拾取子系统用于根据规划路线将货物进行提取；
[0049]
所述智能无人车拾取子系统基于麦克纳姆轮无人车进行货物提取，所述麦克纳姆轮无人车基于麦克纳姆轮驱动；
[0050]
所述数据管理子系统中根据坐标信息规划路线基于轨迹地图进行，所述轨迹地图的布置步骤为：首先在货架之间主路地面设置黑线，并将黑线连接，然后在主路黑线上，每隔0.5米设置一条与主路黑线垂直交叉的黑线；
[0051]
所述麦克纳姆轮无人车的四个运动方向中每个运动方向安装3个红外传感器，共计12个红外传感器，所述四个运动方向包括前向、后向、左向、右向，并以前向和后向为x轴方向，以左向和右向为y轴方向；
[0052]
当麦克纳姆轮无人车沿x轴方向运动时，x轴前后6个传感器用于检测主路地面黑线，并使无人车沿黑线运动，此时y轴方向上的6个传感器用于检测轨道两侧与主路黑线垂直交叉的黑线，进行位置判断；
[0053]
所述根据坐标信息规划路线的具体步骤为：
[0054]
寻迹地图上每个黑线交点都对应一个唯一的坐标，麦克纳姆轮无人车通过对比编号对应位置的坐标信息和自己当前坐标，并通过红外探测法进行移动，此时，x轴前后6个传感器用于保持小车直线行驶，y轴方向上的6个传感器用于判定自身坐标，麦克纳姆轮无人车不断更新自身位置。
[0055]
本技术整体物理结构如图1所示，同时本技术用于物流物件或快递点物品的收取和发送信息的管理，可以与送件人和取件人进行交互。
[0056]
使用mecanum(麦克纳姆)轮做成的全向移动平台，可以减少收件人寻找快递的混乱情况，实现快递站“半封闭”，收件人只需在手机小程序上进行预约，麦克纳姆轮小车即可直接根据小程序上的取件码将货物送到收件人手中，可实现无人力全自动化收发物流快递。
[0057]
1、基于mecanum轮式无人车的运动规划与控制
[0058]
(1)麦克纳姆轮无人车全向移动控制
[0059]
小车采用麦克纳姆轮底盘，依靠各自机轮的方向和速度，这些力的最终合成在任何要求的方向上产生一个合力矢量从而保证平台在最终的合力矢量的方向上能自由地移动，而不改变机轮自身的方向。在它的轮缘上斜向分布着许多小滚子，故轮子可以横向滑移。麦克纳姆轮结构紧凑、运动灵活，是很成功的一种全方位轮。有4个这种新型轮子进行组合，可以更灵活方便的实现全方位移动功能。麦克纳姆轮的轮毂轴与辊子转轴呈45
°
角。理论上，这个夹角可以是任意值，根据不同的夹角可以制作出不同的轮子。
[0060]
采用麦克纳姆轮可以提高小车在货仓等狭窄空间的运动效率，也减少货物的抖动以及空间场地的占用。采用o-正方形连接方式，四个轮子位于正方形的四个顶点，集平移和旋转于一体，最好地利用麦克纳姆轮的优点。
[0061]
将该底盘的运动分解为x轴平动、y轴平动、yaw轴自转。通过简单的物理计算即可得到四个轮子的转速：
[0062]
麦克纳姆轮的转速表示为：
[0063][0064]
其中，分别表示4个麦克纳姆轮的转速，和表示真实速度的横向分量和纵向分量，ω(a+b)表示速度偏差值。
[0065]
智能小车需要精准调速，所以会用到编码器采集电机旋转速度，通过增量式速度pid，即速度闭环控制，根据单位时间获取的脉冲数测量电机的速度信息，并与目标值进行比较，得到控制偏差，然后通过对偏差的比例、积分、微分进行控制，使偏差趋向于零，实现macanum轮整车的移动。
[0066]
(2)麦克纳姆轮无人车定轨移动与运动规划
[0067]
macanum轮车四个运动方向均安装3个红外传感器，共计12个，当小车沿x轴方向运动时，x轴前后6个传感器用于保持小车不偏离轨道，始终保证小车沿黑线行驶。此时y轴方向上的6个传感器用于检测轨道两侧的黑线，进行位置判断(如图2所示)。
[0068]
寻迹地图上每个点都对应一个唯一的坐标，小车通过对比目的地坐标和自己当前坐标自动寻找路径进行移动，此时前后运动方向的传感器用于保持小车直线行驶，左右两侧的传感器用于小车判定自身坐标，不断更新自身位置，但小车到达目的地以后会停止不动并保持自身处于坐标中心(如图3所示)。定轨移动主要利用红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射特性，在小车行使过程中，不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色地板时发生漫反射，被小车上的接收管接受；如果遇到黑线，则红外光被吸收，接收管接收不到红外光。在小车的前后各安装了三个红外模块，时刻保持中间的接收管是接受不到红外光的。同时一旦左右两侧的装置接受到了红外光，则相应的调正小车姿态。
[0069]
其中，智能小车需要精准调速，采用增量式pid控制方法。
[0070]
增量式pid的离散化公式如下：
[0071]
u(k)+＝kp(e(k)-e(k-1))+ki(e(k))+kd(e(k)-2e(ek-1)+e(k-2))
[0072]
其中：
[0073]
error：误差，目标值与实际值的差值，有正有负，error＝target-actual
[0074]
target：目标值，我们设定的目标转速(以转速闭环为例)
[0075]
actual：实际值，我们测量得到的实际转速(以转速闭环为例)
[0076]
实际具体操作步骤如下：
[0077]
步骤一：首先根据单位时间编码器返回的脉冲得到电机转速和车辆行进速度，即actual实际值
[0078]
步骤二：将车辆行进速度与目标速度进行比较，得到偏差值，即计算error＝target
–
actual
[0079]
步骤三：选取适当的pid参数，通过对偏差进行比例，积分和微分计算得到输出的增量值，
[0080]
即计算u(k)+＝kp(e(k)-e(k-1))+ki(e(k))+kd(e(k)-2e(ek-1)+e(k-2))
[0081]
步骤四：将增量值叠加到
[0082]
上一时刻的输出上得到下一时刻的输出值
[0083]
步骤五：重复执行上述过程，以达到对小车速度的实时控制
[0084]
这是一个从给定占空比-》测转速-》比较实际转速和目标转速-》重新调整占空比的过程,这样的过程其实就是一个闭环控制：每次调整的占空比大小都是基于上一次结果得到的。相比开环控制，闭环控制多了信息反馈环节(测电机转速)，我们根据反馈信息再做出进一步调整，接着获得调整后的反馈信息，再基于更新过的反馈信息进行新一轮的调控。
[0085]
另外，为了控制的平稳性，本技术限制了输出量u(k)的变化率，并进行了积分项的限幅，实际上是限制了电机的最大加速度，使实际运行效果更加平稳。
[0086]
2、基于视觉的机械臂抓取系统设计
[0087]
选择三连杆机械臂，计算出各关节的旋转矩阵，得到机械臂末端的坐标：
[0088][0089]
加载摄像头程序，读取相机内外参数，启动对应的回调函数。在回调函数中将获取的ros图像转换为numpy形式数据，进一步将bgr格式的图像信息转换为灰度图像信息。调用apriltag库文件函数对获取的图像进行apriltag检测，获取到标签码四个角点坐标及中心点坐标信息。然后，再对识别到的apriltag进行位置计算，得到欧拉角及相对于吸盘位置的数据。最后，根据坐标数据，将识别到的标签框出，并在回传画面中显示出标签id、欧拉角、像素坐标和相对于吸盘的位置坐标等信息。
[0090]
对获取的标签信息进行判断。由于外界的各种因素影响，识别结果可能会存在误差。识别连续多帧的摄像头画面，然后判断各帧识别到的标签id是否一致，即可确定目标。这样可以提高结果的可靠性。
[0091]
对识别到的标签进行解码，并将其角度值转换为欧拉角，将其坐标转换为世界坐标。转换坐标后，计算标签木块当前位置到目标位置的距离以控制速度。最后，计算出机械臂相对于中轴线的夹角并控制吸嘴旋转对应角度，进行拾取。
[0092]
3、机械臂与macanum轮车的通信与协同运作设计
[0093]
处理并反馈来自小程序端的请求，实现数据的增删改查；控制小车、机械臂终端硬件，在一次“取货”的任务中，与小车、机械臂建立通讯，实现指令的下发和处理终端的反馈；此外，在整个框架中预留接口，供后续扩展开发。
[0094]
(1)使用springboot框架搭建小程序后端
[0095]
使用微信小程序+springboot的前后端分离开发模式，使用springboot开源框架搭建小程序后端，实现用户的注册、登录，货物的存入和取走等云端服务，并将对应指令发送到下游硬件以完成任务。后端结构为典型的controller层+service层，分别用于接受前端的请求和执行响应的服务。
[0096]
(2)使用mybatis+mysql框架搭建数据库
[0097]
将数据库部署于后端，使用mysql数据库作为数据载体，然后使用mybatis库开发数据库接口，从而实现各种数据的增删改查功能。
[0098]
(3)使用websocket+rosbridge实现与机械臂通信
[0099]
rosbridge程序监视机械臂主机的9090端口，通过这个接口，使用rosbridge协议实现服务器后端与机械臂之间的通信，用于协调任务过程中机械臂的调度。
[0100]
当后端收到小车到达指定位点的反馈后，后端通过websocket协议连接上机械臂的9090端口，然后发送遵从rosbridge协议报文，向机械臂下发指令，将命令转化为rosbridge协议格式的工具类。
[0101]
(4)使用esp8266+http协议实现与小车通信
[0102]
由于控制小车的单片机没有联网功能，所以使用esp8266作为单片机的外设来实现网络连接功能。
[0103]
在esp8266上部署一个简单的服务器程序，用于接收来自后端的指令，解析后通过串口发送给小车；同时还接受来自小车的返回信息，转发给后端，从而实现各部分的协同工作。
[0104]
具体实现上使用http协议，采用半双工的形式来实现双向通信。由于在一个局域网下ip地址唯一，使用esp8266的ip地址作为小车的标志符。此后可以扩展到控制多辆小车。
[0105]
4、物件存取的信息管理系统设计
[0106]
系统的软件部分采用java+springboot+mybatis+wx小程序+mysql的技术栈。
[0107]
后端部分程序搭建主要使用java程序构造后台程序，以自己的主机作为暂时的服务器，同时向用户提供ip地址与端口号，使得用户可以通过小程序来访问快递系统的后台，并对mysql数据库进行可控的操作。
[0108]
前端部分使用wx开发者工具，使用wxml+wxss+javascript进行页面总体布局的开发。至上线之前，该微信小程序已经能够实现取件与查询的功能。
[0109]
(1)主页面
[0110]
主页面主体分为上下两部分，上半部分是装饰用的图片，下半部分有三个按钮，分别绑定不同的响应方法，以实现不同的功能。如轻触“用户登陆”按钮即可跳转到用户登陆界面，进行用户名与密码的输入与确认工作。
[0111]
(2)注册账号界面
[0112]
此处可以进行用户账号的申请。用户输入需要的用户名，并连续两次输入同样的密码之后，小程序会通过wx.request()方法向后台发送数据报，后台在数据库里进行比对判断之后，若未产生冲突，则用户注册成功，并自动登陆；否则注册失败，产生弹窗，并需要更换用户名重新注册。
[0113]
(3)用户登陆和管理员登陆界面
[0114]
用户登陆界面与管理员登陆界面大体相似，主要的区别在于管理员登陆界面只提供有限的已经在后台管理员数据库注册的账号以供管理员登陆，并在手机端对后台数据库进行管理和修改。而用户登陆界面只允许较低权限的用户登陆，并进行取货与查询功能。两者登陆之后的跳转页面也不相同。
[0115]
(4)查询界面
[0116]
当用户登陆成功之后，会自动跳转到用户查询页面，在此页面用户可以进行查询与取件操作。如下图，每一行代表一件快递，每个快递拥有名称，取件点，状态三个属性，在
最后一行可以对快递进行取件操作。注意，此处取件点可以通过后台算法自动选取人数或快递聚集较少的站点，并自动分配该属性。点击取件按钮之后，若快递未被取走，则会向后台发送通信指令，命令小车取走快递并运送到取件点；若快递已经被取走，则会给出弹窗，表示不能重复取件。
[0117]
系统运作流程：
[0118]
货物入库：由于在校园快递站等密集人员居住地的货物吞吐量多，所以为了提高效率，采用传送带搭配视觉机械臂将货物入库。视觉机械臂识别货物条码信息，随后分配货架号，并粘贴货架条码同时向手机客户端传输货物信息，提示客户及时取货。
[0119]
货物出库：收件人手机客户端上预约取件，智能麦轮车根据数据库中给的位置信息，按照规划好的寻迹路线，移动到指定货架取货，并将货物带回临时存储处，同时提醒客户在规定时间取货。
[0120]
按照“用户思维、需求导向、小切口、大场景，马上能应用”的原则，进一步梳理核心业务、构建应用场景，开展模式和技术创新，释放数字红利，该项目从研究方向、运营模式、平台协作等有以下几方面创新和特色：
[0121]
(1)研究方向方面
[0122]
基于麦克纳姆轮的全向移动平台控制系统，通过树莓派实现整套系统互联化、运用视觉处理使小车自适应移动、建立移动客户端让消费者清晰可见具体物流信息，自主开发全向移动智能无人存取系统，安全高效的智能移动平台，多智能体协调同步，满足校园等人口密集处货物吞吐。智能化半封闭快递站，降低人工容错率并节约人工成本，保证货物安全，降低防疫风险，加快智能化社会建设。手机移动端信息透明化，消费者可在手机移动端实时监控物流全程信息，解决快递“最后一公里”问题。成本领先优势，对比智能配送车，在货物密集处，本产品具有明显的成本领先优势，同时搭建简单快速。采取数字化、精细化的管理方法，破除传统物流平台的单一环节管理，进行系统优化，采用智能系统对小车进行精准控制、升级改造。进行模块化平台搭建，未来该平台不仅可应用于快递业，而且致力于研发一系列基于本项目的智能系统。
[0123]
(2)运营模式方面
[0124]
以数据共享、业务协同为途径，推进数据融合、挖掘与应用，搭建共享平台，采取b2b的商业模式，从高校率先进行试点，逐步走向社区。并与各大物流商通力合作，打造一个新型“全智能化共享无人快递机器人平台”，形成线上线下一体化运营的形式的共享规模化商业模式。在盈利方面，公司采取“押金+租赁”相结合的模式。本公司会给对标企业一个管理端接口，企业可以直观看到机器人的运行情况，包括作业效率提升等数据。客户在app上输入手机号后即可在窗口等待机器人扫码查找快递，客户也能够从全透明玻璃窗看到机器人的具体作业情况。
[0125]
(3)管理协作方面
[0126]
一是申请政府专项债项目建设模式来满足大规模共享推广应用。二是与政府合作成立运营公司，通过政府引导企业入驻方式，发挥政府在市场调节方面的主导作用和市场化经营模式。三是先期由运营方投资垫资，承租企业以年购买服务模式，加速推进项目的批复落地。
[0127]
与现有存取系统竞争分析
[0128]
本智能无人存取系统与京东物流智能快递车都实现了智能化、无人化和透明化，但探达无人智能存取系统对比智能配送车，在货物密集处，具有明显的低成本优势，并且搭建简单快速。
[0129]
相较于丰巢智能快递柜的信息化、无人化，智能无人存取系统的优势在于，一是通过搭建天际快递微信小程序实现手机移动端信息透明化，使消费者可在手机移动端实时监控物流全程信息。加之，丰巢智能快递柜存取规格有限，大件快递不便存放，而本系统中的仓储存放规格更为智能化，有效规避了智能快递柜的缺陷。
[0130]
而菜鸟驿站仅能通过菜鸟app实现查件、取件、寄件信息化服务，其余需人工操作，这将导致人力成本高、效率低下等问题，而本存取系统通过互联网、大数据和人工智能的有机结合，依靠智能无人力分拣系统，最终完全实现了“无接触配送“、”精准配送“和”全程无人智能化配送“，具有低成本和高效率的优势。
[0131]
同时，本智能无人存取系统全程实现无人化智能存取，也相应避免了一些由于人为无意识操作引起的快递仓储火灾的发生。
[0132]
需要注意的是，具体实施方式仅仅是对本发明技术方案的解释和说明，不能以此限定权利保护范围。凡根据本发明权利要求书和说明书所做的仅仅是局部改变的，仍应落入本发明的保护范围内。

技术特征：
1.基于mecanum轮车的物流快递智能无人存取系统，其特征在于包括：快递快速分拣与自动识别编号子系统、数据管理子系统以及智能无人车拾取子系统；所述快递快速分拣与自动识别编号子系统用于对货物进行分拣，并对每件货物进行编号，并生成对应的apriltag，贴在货物表面，之后获取货架的存储状态，并选取货架上存储状态为未存储的位置与该编号对应，之后获取该位置的坐标信息，并将货物存储至对应位置，最后将编码、该编码对应的货架上的位置以及该位置的坐标信息上传到数据库中；所述数据管理子系统用于接收取件请求，并根据取件请求中的编号，在数据库中调取该编号对应位置的坐标信息，并根据坐标信息规划路线；所述智能无人车拾取子系统用于根据规划路线将货物进行提取；所述智能无人车拾取子系统基于麦克纳姆轮无人车进行货物提取，所述麦克纳姆轮无人车基于麦克纳姆轮驱动；所述数据管理子系统中根据坐标信息规划路线基于轨迹地图进行，所述轨迹地图的布置步骤为：首先在货架之间主路地面设置黑线，并将黑线连接，然后在主路黑线上，每隔0.5米设置一条与主路黑线垂直交叉的黑线；所述麦克纳姆轮无人车的四个运动方向中每个运动方向安装3个红外传感器，共计12个红外传感器，所述四个运动方向包括前向、后向、左向、右向，并以前向和后向为x轴方向，以左向和右向为y轴方向；当麦克纳姆轮无人车沿x轴方向运动时，x轴前后6个传感器用于检测主路地面黑线，并使无人车沿黑线运动，此时y轴方向上的6个传感器用于检测轨道两侧与主路黑线垂直交叉的黑线，进行位置判断；所述根据坐标信息规划路线的具体步骤为：寻迹地图上每个黑线交点都对应一个唯一的坐标，麦克纳姆轮无人车通过对比编号对应位置的坐标信息和自己当前坐标，并通过红外探测法进行移动，此时，x轴前后6个传感器用于保持小车直线行驶，y轴方向上的6个传感器用于判定自身坐标，麦克纳姆轮无人车不断更新自身位置。2.根据权利要求1所述的基于mecanum轮车的物流快递智能无人存取系统，其特征在于所述智能无人车拾取子系统将货物进行存取通过机械臂进行，所述机械臂为三连杆机械臂。3.根据权利要求2所述的基于mecanum轮车的物流快递智能无人存取系统，其特征在于所述三连杆机械臂将货物进行提取的具体步骤为：步骤一：获取三连杆机械臂各关节的旋转矩阵，进而得到机械臂末端的坐标：步骤二：加载摄像头程序，读取相机内外参数，启动对应的回调函数，在回调函数中将获取的ros图像转换为numpy形式数据，即bgr格式的图像信息；步骤三：将bgr格式的图像信息转换为灰度图像信息，并调用apriltag库文件函数对灰度图像信息进行apriltag检测，得到标签码四个角点坐标及中心点坐标；步骤四：对标签码四个角点坐标及中心点坐标进行位置计算，得到标签码四个角点坐标及中心点坐标与吸盘位置之间的距离和欧拉角，步骤五：根据apriltag得到该标签码存储的信息，即编号，并在回传画面中显示出编号、标签码四个角点坐标及中心点坐标与吸盘位置之间的距离和欧拉角；
步骤六：识别连续多帧的摄像头画面，然后判断各帧识别到的编号是否一致，若一致，则根据标签码四个角点坐标及中心点坐标与吸盘位置之间的距离和欧拉角，控制机械臂对目标进行拾取，否则，提示错误。4.根据权利要求3所述的基于mecanum轮车的物流快递智能无人存取系统，其特征在于所述机械臂末端的坐标表示为：其中，xyz表示末端的坐标，t表示旋转矩阵。5.根据权利要求1所述的基于mecanum轮车的物流快递智能无人存取系统，其特征在于所述麦克纳姆轮为4个，所述麦克纳姆轮的轮毂轴与辊子转轴呈45
°
角。6.根据权利要求5所述的基于mecanum轮车的物流快递智能无人存取系统，其特征在于所述麦克纳姆轮无人车采用增量式pid控制方式进行调速。7.根据权利要求6所述的基于mecanum轮车的物流快递智能无人存取系统，其特征在于所述麦克纳姆轮无人车采用增量式pid控制方式进行调速的具体过程为：步骤一：麦克纳姆轮无人车上设有单位时间编码器，根据单位时间编码器返回的脉冲得到电机转速，进而得到车辆行进速度；步骤二：将车辆行进速度与目标值进行比较，得到偏差值；步骤三：选取pid参数，通过对偏差值进行比例、积分和微分计算得到输出的增量值步骤四：将增量值叠加到上一时刻的输出中，得到下一时刻的输出值步骤五：重复执行这个过程，以达到对小车速度的实时控制。8.根据权利要求7所述的基于mecanum轮车的物流快递智能无人存取系统，其特征在于所述麦克纳姆轮的转速表示为：其中，分别表示4个麦克纳姆轮的转速，和表示真实速度的横向分量和纵向分量，ω(a+b)表示速度偏差值。

技术总结
基于Mecanum轮车的物流快递智能无人存取系统，涉及人工智能技术领域，针对现有技术中由于空间狭窄，现有存取系统中无人车大多是根据环境光进行寻路的，在寻路过程中会易受环境光影响，进而出现寻路失败或错误的情况，极大地限制了存取效率，本申请通过布置的轨迹地图，并基于麦克纳姆轮无人车进行货物提取，利用红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射特性，避免了现有技术中无人车易受环境光影响，进而导致寻路失败或错误的情况，极大地提升了存取效率。极大地提升了存取效率。极大地提升了存取效率。


技术研发人员：牛祎晨 高亚斌 郝越 董琦 吴昊 殷芯蕊
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/8/16