該智能機(jī)器人倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)主要包括自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、平臺(tái)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(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)
自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是現(xiàn)代生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)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(chǔ),充分利用空間資源。如圖3所示,本文設(shè)計(jì)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)包括貨架、堆垛機(jī)、出入庫(kù)平臺(tái)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(cāng)庫(kù)長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)、升降軸實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)沿著立體倉(cāng)庫(kù)高度方向運(yùn)動(dòng),貨叉伸縮軸實(shí)現(xiàn)貨物托盤的抓取。出入庫(kù)平臺(tái)安裝有貨物托盤檢測(cè)傳感器,用于判斷出入庫(kù)平臺(tái)與機(jī)器人的對(duì)接情況。零件出入庫(kù)平臺(tái)設(shè)有一段升降式運(yùn)輸平臺(tái)①,其處于低位時(shí)與平臺(tái)AGV對(duì)接,處于高位時(shí)與出入庫(kù)平臺(tái)②對(duì)接。


設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)其管理系統(tǒng)具有貨物入庫(kù)、貨物出庫(kù)、入/出庫(kù)人工修正、庫(kù)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(dòng)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(shuō)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。

平臺(tái)式 AGV
平臺(tái)式AGV能夠?qū)崿F(xiàn)物品的自動(dòng)化可靠運(yùn)輸及自動(dòng)投送。其搭載激光傳感器、超聲波傳感器?；诩す釹LAM的定位導(dǎo)航算法,結(jié)合超聲波傳感器,實(shí)現(xiàn)自主行走及自主避障。其控制臺(tái)可以集中調(diào)度、監(jiān)控、管理 AGV 系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)活動(dòng)。


叉車 AGV叉車AGV具有激光導(dǎo)引系統(tǒng)、控制臺(tái)和調(diào)度管理系統(tǒng)、在線自動(dòng)充電系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)及安全系統(tǒng)等。控制臺(tái)和調(diào)度管理系統(tǒng)是AGV系統(tǒng)的調(diào)度管理中心,負(fù)責(zé)與上位機(jī)交換信息,生成AGV的運(yùn)行任務(wù),并將指令下發(fā)給AGV完成相應(yīng)的任務(wù)。

智能機(jī)器人倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)主要由總控調(diào)度軟件和立體倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控軟件組成,立體倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控軟件主要用于立體倉(cāng)庫(kù)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(gè)設(shè)備進(jìn)行工作,以完成整體的傳工輸作控流制程?？偪卣{(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(guò)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信,如圖6所示。使用路由器組建一個(gè)局域網(wǎng),雙臂機(jī)器人、立體倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控軟件服務(wù)器、總控調(diào)度軟件服務(wù)器通過(guò)有線的方式介入局域網(wǎng),而復(fù)合機(jī)器人、平臺(tái)式AGV、叉車AGV使用無(wú)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(gè)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(dòng)作。


綜合考慮智能機(jī)器人倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)工作流程,機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎半徑、工作空間、場(chǎng)地等多方面約束,進(jìn)行智能機(jī)器人倉(cāng)儲(chǔ)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(tái)式AGV的運(yùn)行路線,兩臺(tái)平臺(tái)式AGV交替工作。復(fù)合機(jī)器人與叉車AGV在轉(zhuǎn)接臺(tái)處完成取放貨,復(fù)合機(jī)器人與平臺(tái)式AGV在轉(zhuǎn)接處完成對(duì)接。


本文所設(shè)計(jì)的智能機(jī)器人倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)對(duì)AGV和復(fù)合機(jī)器人移動(dòng)底盤的定位精度要求較高,尤其是在平臺(tái)式AGV與立體倉(cāng)庫(kù)升降式運(yùn)輸平臺(tái)對(duì)接及復(fù)合機(jī)器人和平臺(tái)式AGV對(duì)接時(shí),目前移動(dòng)底盤常用的導(dǎo)航方式很難滿足需求。針對(duì)目前AGV常用導(dǎo)航方式精度低、實(shí)時(shí)性差、無(wú)法實(shí)現(xiàn)位姿修正等問(wèn)題,本文提出一種二維碼視覺(jué)定位方法。將視覺(jué)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(guò)識(shí)別地面上的二維碼,經(jīng)視覺(jué)處理將數(shù)據(jù)反饋給AGV運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn) AGV的定位。
旋轉(zhuǎn)處理模型
旋轉(zhuǎn)處理即以中心點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)參考點(diǎn),旋轉(zhuǎn)修正,如圖10a所示。設(shè)定P0(x0 ,y0) 為輪廓中心點(diǎn)坐標(biāo),B(x23 ,y23)為待修正后矩形一邊的中心點(diǎn)坐標(biāo), A(x'23,y'23)為修正后矩形一邊的中心點(diǎn)坐標(biāo)。根據(jù)P0和B點(diǎn)坐標(biāo)求得A點(diǎn)坐標(biāo),如式(3):

利用齒輪箱的模擬裝配拆解工作對(duì)本文智能機(jī)器人倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證。通過(guò)總控調(diào)度系統(tǒng)軟件及各機(jī)器人系統(tǒng)的通訊,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)齒輪箱的裝配和拆解。設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的總控調(diào)度軟件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行和反復(fù)測(cè)試,能夠正確顯示各設(shè)備狀態(tài),并且具有較好的用戶使用界面,工作性能良好。軟件運(yùn)行結(jié)構(gòu)如圖11所示。圖11a中各個(gè)按鈕分別代表各機(jī)器人的不同動(dòng)作,主要用于調(diào)試及單步操作。圖11b 則為自動(dòng)動(dòng)作流程,裝配模式啟動(dòng)后,總控調(diào)度軟件就會(huì)按照的4個(gè)零件出庫(kù),然后通過(guò)平臺(tái)式AGV、復(fù)合機(jī)器人、運(yùn)輸?shù)诫p臂機(jī)器人裝配臺(tái)處,通過(guò)雙臂機(jī)器人組裝成成品放回成品料盤中, 成品料盤經(jīng)復(fù)合機(jī)器人、叉車AGV運(yùn)輸?shù)匠善穾?kù)位中,零件料盤經(jīng)復(fù)合機(jī)器人、平臺(tái)式AGV運(yùn)輸回零件庫(kù)位中。