物流運輸用機(jī)械包裝設(shè)備自動分類系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用

文/朱海明

0.引言。

互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶動了電子商務(wù)的發(fā)展，物流技術(shù)的成熟提高了物流運輸?shù)男蔥1]。在物流運輸?shù)闹悄芑l(fā)展背景下[2]，急需設(shè)計一種新的物流運輸用機(jī)械包裝自動分類系統(tǒng)來提高目前的自動分類效率。

常規(guī)的物流運輸機(jī)械包裝分類過程較單一，往往利用較傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行分類抓取[3]，但這種傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人往往缺乏智能化感知和敏捷變化的特性導(dǎo)致其對生產(chǎn)前的位置準(zhǔn)備及分類物品的擺放區(qū)域要求非常高[4]，且在分類過程中，受自身敏感性的影響[5]。因此本文設(shè)計了物流運輸用機(jī)械包裝自動分類系統(tǒng)，硬件部分設(shè)計了數(shù)據(jù)采集分類器、ARM處理器，以及S5PC100核心芯片，軟件部分首先分析了物流運輸機(jī)械包裝自動分類需求，其次構(gòu)建了設(shè)備自動分類架構(gòu)，最后設(shè)計了功能模塊，實現(xiàn)了物流運輸用機(jī)械包裝設(shè)備自動分類。

1.硬件設(shè)計

1.1.數(shù)據(jù)采集分類器

傳統(tǒng)的自動分類機(jī)器人主要依賴低階手持人工采集終端，不僅需要花費大量的人力成本，且實際的數(shù)據(jù)采集讀取的效果也較差[6]，性能不高，因此本系統(tǒng)選用智能化數(shù)據(jù)采集分類器作為數(shù)據(jù)采集終端，增加信息采集處理的效率。根據(jù)系統(tǒng)實際需求，本文繪制了LXEA、Motorola、EuroTehc這幾種智能數(shù)據(jù)采集分類器的性能參數(shù)表，如下表1所示。

由表1可知，LXEA的各項性能指標(biāo)較符合本文設(shè)計的系統(tǒng)需求，因此本文使用LXEA數(shù)據(jù)采集分類器進(jìn)行物流運輸用機(jī)械包裝設(shè)備的采集和分類處理。

表1 智能物流終端性能參數(shù)

1.2.ARM處理器

為了保證自動分類系統(tǒng)的實際分類需求，增加實際分類效率，設(shè)計的自動分類系統(tǒng)必須選取符合要求的ARM處理器。物流運輸用機(jī)械包裝設(shè)備自動分類必須要考慮低功耗和實時性需求[7]，因此需要將 ARM7、ARM9、ARM10、ARM11、ARM Cortex這幾種處理器進(jìn)行綜合對比，根據(jù)處理器的性能差異，選擇最符合系統(tǒng)需求的ARM處理器型號。

ARM3的實際工作頻為80M，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下功耗約為0.06mw/MHz，處理能力約為0.97MIPS/MHz，使用馮諾依曼架構(gòu)實現(xiàn)處理，ARM9的工作頻為150M，功耗為0.19mw/MHz，處理能力為1.1MIPS/MHz，使用哈佛架構(gòu)，ARM10的實際工作頻為260M，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下功耗約為0.5mw/MHz，處理能力約為1.3MIPS/MHz，使用哈佛架構(gòu)處理，ARM11的工作頻為335M，功耗為0.4mw/MHz[8]，處理能力為1.2MIPS/MHz，使用哈佛架構(gòu)，ARM Cortex的實際工作頻為600M～1G，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下功耗約為0.3mw/MHz，處理能力約為2MIPS/MHz，使用哈佛架構(gòu)，綜合以上差異，本文設(shè)計的系統(tǒng)使用ARM Cortex作為系統(tǒng)的處理器，降低系統(tǒng)的處理功耗，提高系統(tǒng)的綜合處理能力。

1.3.S5PC100核心芯片

根據(jù)選取的ARM Cortex處理器，可以設(shè)計內(nèi)部的核心芯片，常見的核心芯片類型較廣泛，性能也存在差異，因此綜合實際系統(tǒng)需求，本文選取S5PC100核心芯片作為系統(tǒng)內(nèi)部處理芯片。S5PC100核心芯片具有處理性能高，功耗低的優(yōu)勢，且其應(yīng)用成本也較低，內(nèi)部含有64/32總線結(jié)構(gòu)，運算速度可達(dá)660MHz以上，因此其具有較高的解碼能力，能在LCD中輸出。

S5PC100核心芯片內(nèi)部主要包含多個功能模塊，例如進(jìn)行調(diào)整的時鐘模塊，方便存取調(diào)用的儲存模塊。多媒體轉(zhuǎn)化模塊、接口模塊等，都能及時對輸入到處理器中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行控制，因此S5PC100核心芯片內(nèi)部處理器的集成部分對整個芯片的實際處理性能有重要作用，為了增加轉(zhuǎn)換效率，S5PC100核心芯片設(shè)置了ROM、STAM、NOR、Flash等多個控制器，使其滿足高速率下的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換需求。

2.軟件設(shè)計

2.1.分析物流運輸機(jī)械包裝自動分類需求。設(shè)計的分類系統(tǒng)必須滿足分類功能需求，即將實際分類的過程分為幾個步驟：第一步是進(jìn)行物流機(jī)械包裝合流處理，第二步是根據(jù)設(shè)計系統(tǒng)的實際情況輸入物流分揀信號，再利用上述設(shè)計的數(shù)據(jù)采集分類器進(jìn)行分類信息的錄入和處理，并制定分類框架及分類標(biāo)準(zhǔn)，保證實際分類效果，第三步是進(jìn)行機(jī)械包裝分流，控制終端在設(shè)備分類處理后，進(jìn)行了移動分揀篩選控制，由判斷模塊判斷此時是否達(dá)到了分類標(biāo)準(zhǔn)，最后，根據(jù)分類結(jié)果進(jìn)行分運，使用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行綜合輸出，完成整個設(shè)備的分類過程。

2.2.構(gòu)建設(shè)備自動分類架構(gòu)

根據(jù)上述物流運輸機(jī)械包裝設(shè)備自動分類需求，可以構(gòu)建符合系統(tǒng)實際運作狀態(tài)的自動分類架構(gòu)，需要從幾個方面綜合進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計，其中最主要的就是機(jī)械包裝設(shè)備自動分類信號的輸入及分流，因此研究分類過程，將自動分類架構(gòu)劃分成識別部分，分類檢測部分，控制部分，以及分揀部分，各個部分需要協(xié)作對實際自動分類信息進(jìn)行處理。

2.3.設(shè)計功能模塊

根據(jù)設(shè)計的自動分類架構(gòu)，可以進(jìn)一步設(shè)計物流運輸用包裝設(shè)備自動分類系統(tǒng)的功能模塊，實現(xiàn)自動分類。第一是分類圖像采集模塊，根據(jù)FPGA控制原則，進(jìn)行物流運輸用機(jī)械包裝設(shè)備的采集，設(shè)計特殊的采集協(xié)議，使其能滿足實際的初始化標(biāo)準(zhǔn)，從而完成分類圖像的采集，因此在圖像采集模塊可以使用VSYNC代表幀同步信號、HREF代表同步型號，VGA代表分辨率，在輸出時序的綜合控制下完成分類圖像的采集識別。第二是邊緣檢測模塊，根據(jù)自動分類系統(tǒng)的需求對圖像采集模塊中采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行邊緣檢測處理，設(shè)計卷積運算矩陣模板，使用Soble算子完成邊緣檢測。第三是顯示模塊，可以根據(jù)邊緣檢測模塊的監(jiān)測結(jié)果查看分類情況，利用分類控制器進(jìn)行信號同步，設(shè)計正確的顯示程序，對實際分類識別區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃，保證RGB數(shù)據(jù)的輸出效果，使其滿足標(biāo)準(zhǔn)的VGA時序。設(shè)計的顯示程序需要利用參數(shù)化設(shè)計來保證顯示效果，因此可以選取parameter來進(jìn)行參數(shù)定義，修改定義常量，實現(xiàn)快速自動分類。

3.平臺測試。

為了檢測設(shè)計的物流運輸用機(jī)械包裝設(shè)備自動分類系統(tǒng)的性能搭建了自動分類性能測試平臺，進(jìn)行系統(tǒng)測試如下。

3.1.測試準(zhǔn)備。根據(jù)系統(tǒng)測試的實際需求，利用Intel Real Sense搭建系統(tǒng)測試平臺，首先固定測試平臺的實際操作范圍，其次設(shè)計目標(biāo)采集模塊，為了提高分類采集測試的有效性，在實際測試模塊利用Ubuntu16.04 Linux平衡了測試需求，測試平臺示意圖如下圖1所示。

圖1 系統(tǒng)測試平臺

由圖1可知，該測試平臺為了保證測試準(zhǔn)確性設(shè)計了Intel Realsense感知層，Intel Realsense感知層可以通過目標(biāo)物體的像素情況采集實際的分類信息，在分類測試基礎(chǔ)上，測試平臺還添加了交互層，便于測試平臺與Intel Realsense感知層進(jìn)行交互，為了提高測試的智能性，降低測試消耗的時間，測試平臺還搭建了執(zhí)行層，該執(zhí)行層可以利用Robot Studio軟件來傳遞測試信號，系統(tǒng)整體測試的步驟如下：首先利用IRC5進(jìn)行通信配置，將配置使用的ROSServer進(jìn)行復(fù)制記錄，然后利用Robot Studio軟件創(chuàng)建測試程序，建立測試結(jié)果ROS文件，設(shè)置控制器，開始進(jìn)行系統(tǒng)測試。

3.2.測試結(jié)果與討論

分別使用本文設(shè)計的物流運輸用機(jī)械包裝設(shè)備自動分類系統(tǒng)及傳統(tǒng)的機(jī)械包裝設(shè)備自動分類系統(tǒng)進(jìn)行物流分類包裝，測試不同數(shù)量設(shè)備下兩者完成分類消耗的時間，測試結(jié)果如下表2所示。

表2 測試結(jié)果

由表2可知，設(shè)計的物流運輸用機(jī)械包裝設(shè)備自動分類系統(tǒng)的分類消耗時間較短，證明設(shè)計的系統(tǒng)分類效率較高，具有高效性。

結(jié)束語：

本文設(shè)計了物流運輸用機(jī)械包裝設(shè)備自動分類系統(tǒng)提高物流分類效率，對后續(xù)物流技術(shù)的發(fā)展有一定的作用，進(jìn)行系統(tǒng)測試，結(jié)果表明設(shè)計的系統(tǒng)性能良好，分類消耗時間較短，有一定的應(yīng)用價值，可以作為后續(xù)物流自動分類的參考。

引用出處

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