圖1為本文設(shè)計(jì)的智能機(jī)器人倉儲物流系統(tǒng)總體方案,其集成了自動化立體倉庫、AGV、機(jī)器人、視覺傳感器、激取光料傳感器等，由機(jī)器人完成物料的拾取、擺放、搬運(yùn)和分撿,視覺系統(tǒng)完成對物料的形狀、位置和顏色識別,傳感器完成移動機(jī)器人的定位和避障等,該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了齒輪箱的裝配和拆解工作,其適用性廣,衍生能力強(qiáng)。設(shè)計(jì)齒輪箱裝配工藝流程如圖2所示。

該智能機(jī)器人倉儲物流系統(tǒng)主要包括自動化立體倉庫、平臺式AGV、復(fù)合機(jī)器人、雙臂機(jī)器人、叉車AGV等硬件設(shè)備。
(1)自動化立體倉庫
自動化立體倉庫是現(xiàn)代生產(chǎn)系統(tǒng)自動化程度提高的重要標(biāo)志,在有限的占地面積下能夠?qū)崿F(xiàn)貨物的大量、有效存儲,充分利用空間資源。如圖3所示,本文設(shè)計(jì)自動化立體倉庫包括貨架、堆垛機(jī)、出入庫平臺組成。其中堆垛機(jī)的行走軸實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)沿著立體倉庫長度方向運(yùn)動、升降軸實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)沿著立體倉庫高度方向運(yùn)動,貨叉伸縮軸實(shí)現(xiàn)貨物托盤的抓取。出入庫平臺安裝有貨物托盤檢測傳感器,用于判斷出入庫平臺與機(jī)器人的對接情況。零件出入庫平臺設(shè)有一段升降式運(yùn)輸平臺①,其處于低位時(shí)與平臺AGV對接,處于高位時(shí)與出入庫平臺②對接。


設(shè)計(jì)開發(fā)自動化立體倉庫其管理系統(tǒng)具有貨物入庫、貨物出庫、入/出庫人工修正、庫存盤點(diǎn)、設(shè)備狀態(tài)查詢及設(shè)備故障記錄等功能,可以自動記錄設(shè)備故障信息,包括設(shè)備編碼、故障時(shí)間、故障類別、故障說明等,在故障排除后由操作員在該記錄中填寫排除時(shí)間信息,并且可以按照設(shè)備編碼、故障類別等進(jìn)行設(shè)備故障記錄查詢,查詢結(jié)果以列表形式顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上,并可以打印輸出。

智能機(jī)器人倉儲物流系統(tǒng)主要由總控調(diào)度軟件和立體倉庫監(jiān)控軟件組成,立體倉庫監(jiān)控軟件主要用于立體倉庫狀態(tài)反饋,以及零件/成品的存入和取出。 總控調(diào)度軟件負(fù)責(zé)管理和控制所有的設(shè)備, 協(xié)調(diào)各個設(shè)備進(jìn)行工作,以完成整體的傳工輸作控流制程。總控調(diào)度軟件和其他跟各蹤模塊之間的關(guān)系如圖5所示。

圖5 軟件結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)中所有設(shè)備通過TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信,如圖6所示。使用路由器組建一個局域網(wǎng),雙臂機(jī)器人、立體倉庫監(jiān)控軟件服務(wù)器、總控調(diào)度軟件服務(wù)器通過有線的方式介入局域網(wǎng),而復(fù)合機(jī)器人、平臺式AGV、叉車AGV使用無線的方式介入局域網(wǎng)。在該局域網(wǎng)中,總控調(diào)度軟件是整個系統(tǒng)的核心,允許直接監(jiān)視其他設(shè)備的狀態(tài),并控制這些設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的動作。


綜合考慮智能機(jī)器人倉儲物流系統(tǒng)工作流程,機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎半徑、工作空間、場地等多方面約束,進(jìn)行智能機(jī)器人倉儲物流系統(tǒng)布局設(shè)計(jì),其布局如圖7所示,圖中虛線表示叉車 AGV 的運(yùn)行路線,粗實(shí)線表示復(fù)合機(jī)器人的運(yùn)行路線,細(xì)實(shí)線為平臺式AGV的運(yùn)行路線,兩臺平臺式AGV交替工作。復(fù)合機(jī)器人與叉車AGV在轉(zhuǎn)接臺處完成取放貨,復(fù)合機(jī)器人與平臺式AGV在轉(zhuǎn)接處完成對接。



設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測:平臺式AGV及叉車AGV 狀態(tài)監(jiān)測包括AGV位置監(jiān)測、電量監(jiān)測、載貨狀態(tài)監(jiān)測和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測等;復(fù)合機(jī)器人狀態(tài)監(jiān)測包括位置監(jiān)測、電量監(jiān)測、載貨狀態(tài)監(jiān)測、使能狀態(tài)監(jiān)測和空閑狀態(tài)監(jiān)測等;雙臂機(jī)器人狀態(tài)監(jiān)測包括機(jī)器人使能狀態(tài)監(jiān)測、機(jī)器人空閑狀態(tài)監(jiān)測、料臺上下料完成狀態(tài)監(jiān)測等;立體倉庫狀態(tài)監(jiān)測包括立體倉庫堆垛機(jī)使能狀態(tài)監(jiān)測、空閑狀態(tài)監(jiān)測、貨架中貨物狀態(tài)監(jiān)測、出入庫平臺空間狀態(tài)監(jiān)測、出入庫平臺上下料完成狀態(tài)監(jiān)測等。
本文所設(shè)計(jì)的智能機(jī)器人倉儲物流系統(tǒng)對AGV和復(fù)合機(jī)器人移動底盤的定位精度要求較高,尤其是在平臺式AGV與立體倉庫升降式運(yùn)輸平臺對接及復(fù)合機(jī)器人和平臺式AGV對接時(shí),目前移動底盤常用的導(dǎo)航方式很難滿足需求。針對目前AGV常用導(dǎo)航方式精度低、實(shí)時(shí)性差、無法實(shí)現(xiàn)位姿修正等問題,本文提出一種二維碼視覺定位方法。將視覺攝像頭安裝于AGV的中心底部,使攝像頭光心與AGV旋轉(zhuǎn)中心重合,并在攝像頭周圍安裝光源,克服光線變化的影響。通過識別地面上的二維碼,經(jīng)視覺處理將數(shù)據(jù)反饋給AGV運(yùn)動控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn) AGV的定位。
為了凸顯二維碼的輪廓,本文采用在原二維碼基礎(chǔ)上加入矩形外輪廓,中心與二維碼中心重合,如圖8所示。使用加入矩形外輪廓的二維碼檢測效果好,不易被誤檢測,可以顯著提高邊緣檢測的正確識別率。
AGV經(jīng)過視覺位移處理和旋轉(zhuǎn)處理,可以調(diào)節(jié)AGV當(dāng)前位姿,提高AGV的定位精度,AGV與其他設(shè)備的對接可靠穩(wěn)定。