CN105278360A - 一种带机器视觉的箱格控制机电装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一个新的适用于储物柜或者寄包柜的箱格控制机电装置，它涉及电子箱柜控制领域。电机1与齿轮组2连接；齿轮组2与电机1和锁定结构组合机械3连接；摄像头4与控制板5相连；数个传感器6与控制板5相连，并对装置机械位置进行探测。该装置具有准确的箱格空满检测功能；能在比较小的工作电流峰值功率指标下工作；并且在遇到阻力时，能提供较大的机械动作力量输出，保证机械动作可靠完成；该装置可以具备智能化的自动过流过载保护等功能；该装置只需要非常少的连线，精简了线缆要求；该控制装置具备完善的通讯能力，可以不需要额外的控制单元即可与上级设备进行数字化通信。

Description

一种带机器视觉的箱格控制机电装置

技术领域：

本发明涉及电控储物柜领域，尤其涉及具备一定智能的带箱格空满探测的电控储物柜的控制机电装置。

背景技术：

在目前的使用的储物柜或者寄包柜***中，按照箱格是否有空满检测来探测箱格内是否有寄放来区分，可以分为不带空满检测和带空满检测2种大类.而带空满检测的储物柜，检测方式有以下几种：机械(挡杆或者挡片或者探测金属丝等机械敏感结构)检测、光学(红外线或者可见光)单点或者单线检测、光学(红外线或者可见光)光栅检测、称重检测、声波(或者超声波)探测等等。

以上这些技术，在应用到储物柜或者寄包柜***应用中，往往存在成本高、生产加工不便、检测不灵敏、存在检测盲点、容易损坏或者受干扰、维修技术要求高等问题，这些问题妨碍了储物柜或者寄包柜***在箱格检测方面的实际功能应用实施。在储物柜或者寄包柜***对箱格内的物品检测方面，目前还没有厂商可以提供非常理想的、具备高准确度的和合适成本的解决方案。目前广泛使用的设备往往只能从箱格开门次数上来逻辑断定箱格的空满状态。

在目前的使用的储物柜或者寄包柜***中，箱格的门开关控制基本都是采用电磁铁对铁棒或者铁芯等材料产生电磁吸力，这个吸力作为动力源再去推动或者触发机械结构做出锁定机构解锁操作。由于机械生产和安装的精度问题，电磁铁往往需要比较大的电流来产生足够强的吸力力量来保证能克服机械误差产生的阻力，从而确保动作的可靠性。由于电磁铁线圈的特性，这个电流的大小与实际机械摩擦力大小没有实际关系，是一个固定值，而厂家往往为了保证动作可靠性，将这个线圈电流值设计得比较大。过大的电磁铁动作电流会产生比较大的电磁脉冲干扰和热量，不利于机器设备的稳定和可靠运行。

在目前的使用的储物柜或者寄包柜***中，对数个箱格的门开关控制驱动和空满探测往往需要一个控制单元来做控制，这个控制单元负责数个箱格的门开关驱动以及门开关等探测信息的汇总，并对上级设备提供数字化的通信。这造成***架构层次过多，柜内走线复杂，线缆数量多种类多，潜在故障点多，维护不易等问题。

本发明内容：

本发明的目的是提供一个新的适用于储物柜或者寄包柜的箱格控制机电装置，该装置具有准确的箱格空满检测功能；能在比较小的工作电流峰值功率指标下工作；并且在遇到阻力时，能提供较大的机械动作力量输出，保证机械动作可靠完成；该装置可以具备智能化的自动过流过载保护等功能；该装置只需要非常少的连线，精简了线缆要求；该控制装置具备完善的通讯能力，可以不需要额外的控制单元即可与上级设备进行数字化通信。

为了解决背景技术中箱格探测准确度的问题，本发明采用机器视觉技术，利用摄像头对箱格内部进行图像采集，并与参考空格图像进行比对。

为了解决背景技术中箱格门开关控制的众多缺点，本发明采用直流电动机结合蜗轮蜗杆或者齿轮组等机械传动结构进行变速，利用蜗杆齿轮组改善动力装置的工作行程，从而减小对动力源的最大力量输出要求；同时，利用直流电动机工作电流随负载阻力大小变化并具有非常大的扭矩输出范围的特性，在阻力正常电机无须大扭矩的情况下，电机工作电流很小；而当电机运行遇到阻力时，由于直流电机的扭矩特性，工作电流会增加，扭矩会变大从而克服阻力。这样，既能减少不必要的发热和功率消耗，又能在需要的时候提供大扭矩输出保证机械动作的运动效果。

为了解决背景技术中***架构复杂的问题，本发明采用一体结构，将单个箱格的相关机械和电子元件安装在同一个单体内，减少布线数量，简化布线种类，从***结构上增加维护便捷程度和可靠性。

本发明采用如下技术方案：它是由电机1、齿轮组2、锁定结构组合机械3、摄像头4、控制板5、数个传感器6组成；电机1是与齿轮组2连接；齿轮组2是与电机1和锁定结构组合机械3连接；摄像头4与控制板5相连；数个传感器6与控制板5相连，并由锁定结构组合机械3在若干合适的位置对其进行触发。

所述电机1，是具备电控动力输出设备，可以使用各种形式的有刷和无刷电机。其主要作用是在控制板5的驱动下，将电力转化为机械动力，推动齿轮组运动。

所述齿轮组2，是具备高转速到低转速转换的齿轮组，可以使用各种形式的齿轮组合。其主要作用是将电机的低扭矩高转速的机械运动，转换成高扭矩低转速的机械运动。齿轮组2的实际实现可以是齿轮对、齿轮组对、蜗轮齿轮对、蜗轮对等各种组合，材质可以是各种金属或者非金属的组合。

所述锁定结构组合机械3，是具备锁止、释放能力的机械结构，如同常见的门锁的锁舌、锁帽配合等。通过锁定组合机械的适当运转，可以令锁定结构在不可强力分开的一体化结构和可以自由分离的2体结构之间来回转换。锁定结构组合机械3在实际实现上，可以是有各种不同的机械形状，例如勾、环、扣、爪、栓等等结构。

所述摄像头4，是具备图像采集能力的机电元件。其图像采集能力定义为能以最低2X2以上点阵的分辨率对所覆盖范围内的光学图像进行采集并能将所采集的图像传递到控制板上。为了获得较好的采集效果，所述摄像头4可以具备一定的照明能力并在需要拍摄时根据实际情况打开照明。摄像头4的具体实现上，可以是包含一些光学元件的具备比较高图像采集质量的机电元件，也可以是基于成本考虑，用多个低成本的光电传感元件和光学元件以及相关附件组合组成的低分辨率图像传感采集组件。

所述控制板5，是具备一定通讯能力，能与外界进行数字化有线或者无线通信；具备对电机1的驱动能力，能驱动电机1工作；具备对电机1的监控能力，能时时刻刻监控电机1的工作状态，并在电机1异常时，及时进行保护；具备外部电源和通信接入接口8；具备数个传感器6的接入并能通过传感器探测到各探测点状态信息；具备对摄像头4传递过来的图像数据进行处理的能力。控制板5在实际实现上，是一块或者多块电路板的组合。

所述数个传感器6，是由多个具备位置探测功能的传感器组成，其主要功能是对锁定结构组合机械3以及齿轮组2和箱格门以及其他具备机械位置、尺寸变化的地方进行传感探测。数个传感器6的实际实现可以是简单的接触式触点传感器，也可以是基于非接触技术的传感器。

本发明的工作原理从各单元关系来说，可以如下描述：

电机1是整个装置的机械动力源，提供机械操作动力，电机1通过驱动齿轮组2进行力矩转换后对锁定结构组合机械3进行操作；摄像头4与控制板5相连，对箱格内的情况进行视觉图像采集；数个传感器6对锁定结构组合机械3以及箱格门和其他与箱格相关的机械变化的状态进行采集，然后反馈到控制板5。控制板5根据数个传感器6和摄像头4的数据决定接下来的合适操作步骤，然后根据操作步骤通过对电机进行适当的驱动，从而实现各种机械动作。同时控制板时时刻刻对电机1的工作参数进行监控，并在电机1工作不正常时，及时切换电机的工作模式，进行有效的保护。

本发明的工作原理从各个单元来说，分以下几个部分：

箱格空满判断方面，当箱格处于无内容物时，控制板5通过摄像头4采集到箱格内部的视觉图像，与保存的标准图像比较并计算图像的差异大小，当计算出2个图像的差异小于阀值的话就可以判断是空箱。当箱格内有内容物时，摄像头4采集的图像与标准图像会有比较大的差异，控制板5据此判断是满箱。

标准图像的确定是在设备维护时，在确定箱格为空情况下，通过人工介入操作某按钮或者通过通信端给出特殊命令触发控制板5将此时摄像头4采集到的图像作为标准图像保存。

箱格通信方面，控制板5具备数字通信接口，可以直接接受并执行上位机的通信命令。

箱格机械操作方面，控制板5在需要的时候可以驱动电机1，通过电机1带动齿轮组2，然后带动锁定结构组合机械3对箱格进行锁定或者解锁操作。同时，控制板5根据数个传感器6确定齿轮组2和锁定结构组合机械3以及箱格门和其他与箱格相关的机械变化的状态，从而确定动作的正确安全和可靠。

在电机1的驱动方面，控制板5通过对电机1的工作电流、工作电压、工作时间以及通过对数个传感器6反馈的信息的采集，时刻判断电机1的工作状态，一旦发现有故障或者异常，能及时切换电机1的工作模式，确保***不发生故障。

本发明从整体上是如下工作流程：

令箱格为空，锁定结构组合机械3锁定箱格时为起始状态，

步骤1：当控制板5从通信接口接受到开箱命令时，控制板5驱动电机1转动，由电机1带动齿轮组2驱动锁定结构组合机械3对箱格进行解锁。当数个传感器6将锁定结构组合机械3解锁箱格完毕这一信息反馈给控制板5后，控制板5停止驱动电机1，开箱动作执行完毕。

步骤2，当用户向箱格内放置物体后，操作箱格门关闭，此时箱格门关闭动作触发数个传感器6之一，然后控制板5驱动电机1转动，由电机1带动齿轮组2驱动锁定结构组合机械3对箱格进行锁定；同时，控制板5通过摄像头4采集到箱格内部的视觉图像，通过与保存的标准图像比较并计算差异大小来判断箱格内是否放置了物体。如果判断为有效物体放置，那么箱格锁定步骤继续，直至数个传感器6报告箱格锁定完成，控制板5停止驱动电机1，进入步骤3状态；如果判断没有有效物体置入，停止锁定步骤，控制板5驱动电机1进入箱格解锁阶段步骤，直至数个传感器6报告箱格恢复解锁状态，进入步骤1结束状态。

步骤3，此时箱格处于锁定状态，内有物体。通过上位机发送开箱命令后，控制板5驱动电机1转动，由电机1带动齿轮组2驱动锁定结构组合机械3对箱格进行解锁，直至数个传感器6报告箱格解锁完成，控制板5停止驱动电机1转动。此时箱格解锁完成。进入步骤4.

步骤4，用户从箱格内取出物体后，操作箱格门关闭，此时箱格门关闭动作触发数个传感器6之一，然后控制板5驱动电机1转动，由电机1带动齿轮组2驱动锁定结构组合机械3对箱格进行锁定；同时，控制板5通过摄像头4采集到箱格内部的视觉图像，通过与保存的标准图像比较并计算差异大小来判断箱格内是否真的为空。如果判断为仍旧有物体放置，停止锁定步骤，控制板5驱动电机1进入箱格解锁阶段步骤，直至数个传感器6报告箱格恢复解锁状态，保持箱格开锁待用户继续取出剩余物体；如果判断箱格为空，那么箱格锁定步骤继续，直至数个传感器6报告箱格锁定完成，进入初始状态。

在以上所有步骤中，只要电机1转动，控制板5就会对电机1实施保护监控，一旦发现装置的运行不正常，就能根据实际情况进行保护动作。

附图说明：

图1是本发明的***逻辑示意图。

图2是本发明的机械部分示意图。

图3是视觉图像判断部分示意图。

图4是标准图像示例。

图5是箱格内部采集到的视觉图像示例。

图6是箱格内部采集到的视觉图像和标准图像的差异示例。

具体实施方式：

本发明的目的是提供一个新的适用于储物柜或者储藏格的箱格控制机电装置，通过以下具体步骤进行实施：

1，按图将电机1与齿轮组2组合，并固定在合适的固定支架上

2，将锁定结构组合机械3的2个部分分别固定在齿轮组2和箱格门上，并调整固定支架和箱格门，令锁定结构组合机械3的2个部分可以顺利的合拢或分离。

3，将控制板5安装在电机1附近的合适位置，并将电机1与控制板5相连。

4，将数个传感器6分别安装在锁定结构组合机械3、齿轮组2、箱格门处合适位置。令锁定结构组合机械3、齿轮组2、箱格门在动作时能触发数个传感器6。

5，将摄像头4安装在合适位置，令摄像头4能拍摄到较完整的箱格内情况。连接摄像头4与控制板5。

6，将外部通信线和电源线接入控制板5。

7，调整整个装置各部分之间相对位置，确保连接可靠，并固定整个装置在合适的位置。

以上组装实施完毕，在供电并对整个装置进行合适的初始设置后，通过通信线发送合适的命令，应能令电机工作并带动整个装置对箱格进行锁定和解锁操作。

Claims (5)

1.一种带机器视觉的箱格控制机电装置，其特征在于它是由电机1、齿轮组2、锁定结构组合机械3、摄像头4、控制板5、数个传感器6组成；电机1是与齿轮组2连接；齿轮组2是与电机1和锁定结构组合机械3连接；摄像头4与控制板5相连；数个传感器6与控制板5相连，并由相关所有机械运动部分在若干合适的位置对其进行触发。

2.根据权利要求1所述的一种带机器视觉的箱格控制机电装置，其特征在于控制板5通过摄像头4采集到箱格内部的视觉图像，通过与保存的标准图像比较并计算差异大小来判断箱格内是否放置了物体；标准图像的确定是在设备维护时，在确定箱格空情况下，通过人工介入操作某按钮或者通过通信端给出特殊命令触发控制板5将此时摄像头4采集到的图像作为标准图像保存。

3.根据权利要求1所述的一种带机器视觉的箱格控制机电装置，其特征在于需要锁定或者解锁箱格时，箱格控制板5驱动电机1转动，由电机1带动齿轮组2驱动锁定结构组合机械3对箱格进行锁定或者解锁，直至箱格控制板5通过数个传感器6通过对机械部分的探测，确定箱格锁定或者解锁完成，然后箱格控制板5停止驱动电机1，完成锁定或解锁操作。

4.根据权利要求1所述的一种带机器视觉的箱格控制机电装置，其特征在于装置所有部分除了锁定结构组合机械3的分离部分外，全部一体化组装与一个整体，对外的连接线只有一个通信电源接口。

5.根据权利要求1所述的一种带机器视觉的箱格控制机电装置，其特征在于控制板5，是具备一定通讯能力，能与外界进行数字化有线或者无线通信；具备对电机的驱动能力，能驱动电机工作；具备外部电源接入接口；具备数个传感器6的接入并能通过传感器探测到各探测点状态信息；具备对摄像头4传递过来的图像数据进行处理的能力。控制板5在实际实现上，是一块或者多块电路板的组合。