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自行走式物料搬运机器人被电商物流巨头青睐,背后的工作原理是什么?

发布时间: 2018-8-20  来源: 物联云仓

现代仓储物流的发展对效率的要求进一步提高,而为了适应高效的物流仓储模式,自行走式物料搬运机器人得到了电商物流巨头的青睐,比如亚马逊的Kiva机器人,苏宁自行走式物料搬运机器人托盘机器人,中通的自动分拣机器人等等。如此受欢迎的自行走式物料搬运机器人的工作原理是什么呢?我们一起来了解一下。

现代仓储物流的发展对效率的要求进一步提高,而为了适应高效的物流仓储模式,自行走式物料搬运机器人得到了电商物流巨头的青睐,比如亚马逊的Kiva机器人,苏宁自行走式物料搬运机器人托盘机器人,中通的自动分拣机器人等等。如此受欢迎的自行走式物料搬运机器人的工作原理是什么呢?我们一起来了解一下。

自行走式物料搬运机器人指装备有电磁或光学等自动导引装置,能够沿规定的导引路径行驶,具有安全保护以及各种移载功能的运输车,工业应用中不需驾驶员的搬运车,以可充电之蓄电池为其动力来源。一般可透过电脑来控制其行进路线以及行为,或利用电磁轨道来设立其行进路线,电磁轨道黏贴于地板上,自行走式物料搬运机器人则依循电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作。

自行走式物料搬运机器人以轮式移动为特征,较之步行、爬行或其它非轮式的移动机器人具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势。与物料输送中常用的其他设备相比,自行走式物料搬运机器人的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置,不受场地、道路和空间的限制。因此,在自动化物流系统中,最能充分地体现其自动性和柔性,实现高效、经济、灵活的无人化生产。

一、自行走式物料搬运机器人的结构
自行走式物料搬运机器人控制系统分为地面(上位)控制系统、车载(单机)控制系统及导航/导引系统,其中,地面控制系统指自行走式物料搬运机器人系统的固定设备,主要负责任务分配,车辆调度,路径(线)管理,交通管理,自动充电等功能;车载控制系统在收到上位系统的指令后,负责自行走式物料搬运机器人的导航计算,导引实现,车辆行走,装卸操作等功能;导航/导引系统为自行走式物料搬运机器人单机提供系统绝对或相对位置及航向。

1.地面控制系统

自行走式物料搬运机器人地面控制系统即自行走式物料搬运机器人上位控制系统,是自行走式物料搬运机器人系统的核心。其主要功能是对自行走式物料搬运机器人系统(自行走式物料搬运机器人S)中的多台自行走式物料搬运机器人单机进行任务分配,车辆管理,交通管理,通讯管理等。

2.任务管理

任务管理类似计算机操作系统的进程管理,它提供对自行走式物料搬运机器人地面控制程序的解释执行环境;提供根据任务优先级和启动时间的调度运行;提供对任务的各种操作如启动、停止、取消等。

3.车辆管理

车辆管理是自行走式物料搬运机器人管理的核心模块,它根据物料搬运任务的请求,分配调度自行走式物料搬运机器人执行任务,根据自行走式物料搬运机器人行走时间最短原则,计算自行走式物料搬运机器人的最短行走路径,并控制指挥自行走式物料搬运机器人的行走过程,及时下达装卸货和充电命令。

4.交通管理

根据自行走式物料搬运机器人的物理尺寸大小、运行状态和路径状况,提供自行走式物料搬运机器人互相自动避让的措施,同时避免车辆互相等待的死锁方法和出现死锁的解除方法;自行走式物料搬运机器人的交通管理主要有行走段分配和死锁报告功能。

5.通讯管理

通信管理提供自行走式物料搬运机器人地面控制系统与自行走式物料搬运机器人单机、地面监控系统、地面IO设备、车辆仿真系统及上位计算机的通信功能。和自行走式物料搬运机器人间的通信使用无线电通信方式,需要建立一个无线网络,自行走式物料搬运机器人只和地面系统进行双向通信,自行走式物料搬运机器人间不进行通信,地面控制系统采用轮询方式和多台自行走式物料搬运机器人通信;与地面监控系统、车辆仿真系统、上位计算机的通信使用TCP/IP通信。

6.车辆驱动

小车驱动负责自行走式物料搬运机器人状态的采集,并向交通管理发出行走段的允许请求,同时把确认段下发自行走式物料搬运机器人。

二、自行走式物料搬运机器人的导航导引方式
自行走式物料搬运机器人之所以能够实现无人驾驶,导航和导引对其起到了至关重要的作用,随着技术的发展,目前能够用于自行走式物料搬运机器人的导航/导引技术主要有以下几种:

1.直接坐标 (Cartesian Guidance)

用定位块将自行走式物料搬运机器人的行驶区域分成若干坐标小区域,通过对小区域的计数实现导引,一般有光电式(将坐标小区域以两种颜色划分,通过光电器件计数)和电磁式(将坐标小区域以金属块或磁块划分,通过电磁感应器件计数)两种形式,其优点是可以实现路径的修改,导引的可靠性好,对环境无特别要求。缺点是地面测量安装复杂,工作量大,导引精度和定位精度较低,且无法满足复杂路径的要求。

2.电磁导引(Wire Guidance)

电磁导引是较为传统的导引方式之一,目前仍被许多系统采用,它是在自行走式物料搬运机器人的行驶路径上埋设金属线,并在金属线加载导引频率,通过对导引频率的识别来实现自行走式物料搬运机器人的导引。其主要优点是引线隐蔽,不易污染和破损,导引原理简单而可靠,便于控制和通讯,对声光无干扰,制造成本较低。缺点是路径难以更改扩展,对复杂路径的局限性大。

3.磁带导引 (Magnetic Tape Guidance)

与电磁导引相近,用在路面上贴磁带替代在地面下埋设金属线,通过磁感应信号实现导引,其灵活性比较好,改变或扩充路径较容易,磁带铺设简单易行,但此导引方式易受环路周围金属物质的干扰,磁带易受机械损伤,因此导引的可靠性受外界影响较大。

4.光学导引(Optical Guidance)

在自行走式物料搬运机器人的行驶路径上涂漆或粘贴色带,通过对摄像机采入的色带图象信号进行简单处理而实现导引,其灵活性比较好,地面路线设置简单易行,但对色带的污染和机械磨损十分敏感,对环境要求过高,导引可靠性较差,精度较低。

5.激光导航(Laser Navigation)

激光导引是在自行走式物料搬运机器人行驶路径的周围安装位置精确的激光反射板,自行走式物料搬运机器人通过激光扫描器发射激光束,同时采集由反射板反射的激光束,来确定其当前的位置和航向,并通过连续的三角几何运算来实现自行走式物料搬运机器人的导引。

此项技术最大的优点是,自行走式物料搬运机器人定位精确;地面无需其他定位设施;行驶路径可灵活多变,能够适合多种现场环境,它是目前国外许多自行走式物料搬运机器人生产厂家优先采用的先进导引方式;缺点是制造成本高,对环境要求较相对苛刻(外界光线,地面要求,能见度要求等),不适合室外(尤其是易受雨、雪、雾的影响)。

6.惯性导航 (Inertial Navigation)

惯性导航是在自行走式物料搬运机器人上安装陀螺仪,在行驶区域的地面上安装定位块,自行走式物料搬运机器人可通过对陀螺仪偏差信号(角速率)的计算及地面定位块信号的采集来确定自身的位置和航向,从而实现导引。

此项技术在军方较早运用,其主要优点是技术先进,较之有线导引,地面处理工作量小,路径灵活性强。其缺点是制造成本较高,导引的精度和可靠性与陀螺仪的制造精度及其后续信号处理密切相关。

7.GPS(全球定位系统)导航 (Global Position System)

通过卫星对非固定路面系统中的控制对象进行跟踪和制导,目前此项技术还在发展和完善,通常用于室外远距离的跟踪和制导,其精度取决于卫星在空中的固定精度和数量,以及控制对象周围环境等因素。

由此发展出来的是iGPS(室内GPS)和dGPS(用于室外的差分GPS),其精度要远远高于民用GPS,但地面设施的制造成本是一般用户无法接受的。

8.图像识别引导

图像识别自行走式物料搬运机器人小车是模拟人通过眼睛来识别环境,通过大脑分析,来进行走行的方法。是建立在用摄像头摄取照片图形,通过计算机图形识别软件进行图形分析和识别,找出小车体与已设置路径的相对位置,从而引导小车走行的一种引导方法。

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