現(xiàn)代倉(cāng)儲(chǔ)物流的發(fā)展對(duì)效率的要求進(jìn)一步提高,，而為了適應(yīng)高效的物流倉(cāng)儲(chǔ)模式，自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人得到了電商物流巨頭的青睞,，比如亞馬遜的Kiva機(jī)器人,，蘇寧自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人托盤(pán)機(jī)器人，中通的自動(dòng)分揀機(jī)器人等等,。如此受歡迎的自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人的工作原理是什么呢,？我們一起來(lái)了解一下。

現(xiàn)代倉(cāng)儲(chǔ)物流的發(fā)展對(duì)效率的要求進(jìn)一步提高,，而為了適應(yīng)高效的物流倉(cāng)儲(chǔ)模式,，自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人得到了電商物流巨頭的青睞，比如亞馬遜的Kiva機(jī)器人,，蘇寧自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人托盤(pán)機(jī)器人，中通的自動(dòng)分揀機(jī)器人等等,。如此受歡迎的自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人的工作原理是什么呢,？我們一起來(lái)了解一下。

自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人指裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)引裝置,，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛,，具有安全保護(hù)以及各種移載功能的運(yùn)輸車，工業(yè)應(yīng)用中不需駕駛員的搬運(yùn)車,，以可充電之蓄電池為其動(dòng)力來(lái)源,。一般可透過(guò)電腦來(lái)控制其行進(jìn)路線以及行為，或利用電磁軌道來(lái)設(shè)立其行進(jìn)路線,，電磁軌道黏貼于地板上,，自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人則依循電磁軌道所帶來(lái)的訊息進(jìn)行移動(dòng)與動(dòng)作。

自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人以輪式移動(dòng)為特征,，較之步行,、爬行或其它非輪式的移動(dòng)機(jī)器人具有行動(dòng)快捷、工作效率高,、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、可控性強(qiáng)、安全性好等優(yōu)勢(shì),。與物料輸送中常用的其他設(shè)備相比,，自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人的活動(dòng)區(qū)域無(wú)需鋪設(shè)軌道、支座架等固定裝置,，不受場(chǎng)地,、道路和空間的限制。因此,，在自動(dòng)化物流系統(tǒng)中,，最能充分地體現(xiàn)其自動(dòng)性和柔性，實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì),、靈活的無(wú)人化生產(chǎn),。

1、自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)

自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)分為地面（上位）控制系統(tǒng),、車載（單機(jī)）控制系統(tǒng)及導(dǎo)航/導(dǎo)引系統(tǒng),，其中，地面控制系統(tǒng)指自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人系統(tǒng)的固定設(shè)備,，主要負(fù)責(zé)任務(wù)分配,，車輛調(diào)度，路徑（線）管理,，交通管理,，自動(dòng)充電等功能；車載控制系統(tǒng)在收到上位系統(tǒng)的指令后,，負(fù)責(zé)自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人的導(dǎo)航計(jì)算,，導(dǎo)引實(shí)現(xiàn)，車輛行走,，裝卸操作等功能,；導(dǎo)航/導(dǎo)引系統(tǒng)為自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人單機(jī)提供系統(tǒng)絕對(duì)或相對(duì)位置及航向。

1.地面控制系統(tǒng)

自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人地面控制系統(tǒng)即自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人上位控制系統(tǒng),，是自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人系統(tǒng)的核心,。其主要功能是對(duì)自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人系統(tǒng)（自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人S）中的多臺(tái)自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人單機(jī)進(jìn)行任務(wù)分配，車輛管理,，交通管理,，通訊管理等。

2.任務(wù)管理

任務(wù)管理類似計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的進(jìn)程管理,，它提供對(duì)自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人地面控制程序的解釋執(zhí)行環(huán)境,；提供根據(jù)任務(wù)優(yōu)先級(jí)和啟動(dòng)時(shí)間的調(diào)度運(yùn)行；提供對(duì)任務(wù)的各種操作如啟動(dòng),、停止,、取消等。

3.車輛管理

車輛管理是自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人管理的核心模塊,，它根據(jù)物料搬運(yùn)任務(wù)的請(qǐng)求,，分配調(diào)度自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)，根據(jù)自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人行走時(shí)間最短原則,，計(jì)算自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人的最短行走路徑,，并控制指揮自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人的行走過(guò)程，及時(shí)下達(dá)裝卸貨和充電命令,。

4.交通管理

根據(jù)自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人的物理尺寸大小,、運(yùn)行狀態(tài)和路徑狀況,，提供自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人互相自動(dòng)避讓的措施，同時(shí)避免車輛互相等待的死鎖方法和出現(xiàn)死鎖的解除方法,；自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人的交通管理主要有行走段分配和死鎖報(bào)告功能,。

5.通訊管理

通信管理提供自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人地面控制系統(tǒng)與自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人單機(jī)、地面監(jiān)控系統(tǒng),、地面IO設(shè)備,、車輛仿真系統(tǒng)及上位計(jì)算機(jī)的通信功能。和自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人間的通信使用無(wú)線電通信方式,，需要建立一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò),，自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人只和地面系統(tǒng)進(jìn)行雙向通信，自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人間不進(jìn)行通信,，地面控制系統(tǒng)采用輪詢方式和多臺(tái)自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人通信,；與地面監(jiān)控系統(tǒng)、車輛仿真系統(tǒng),、上位計(jì)算機(jī)的通信使用TCP/IP通信,。

6.車輛驅(qū)動(dòng)

小車驅(qū)動(dòng)負(fù)責(zé)自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人狀態(tài)的采集，并向交通管理發(fā)出行走段的允許請(qǐng)求,，同時(shí)把確認(rèn)段下發(fā)自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人,。

2,、自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人的導(dǎo)航導(dǎo)引方式

自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人之所以能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人駕駛,，導(dǎo)航和導(dǎo)引對(duì)其起到了至關(guān)重要的作用，隨著技術(shù)的發(fā)展,，目前能夠用于自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人的導(dǎo)航/導(dǎo)引技術(shù)主要有以下幾種：

1.直接坐標(biāo) （Cartesian Guidance）

用定位塊將自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人的行駛區(qū)域分成若干坐標(biāo)小區(qū)域,，通過(guò)對(duì)小區(qū)域的計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引，一般有光電式（將坐標(biāo)小區(qū)域以兩種顏色劃分,，通過(guò)光電器件計(jì)數(shù)）和電磁式（將坐標(biāo)小區(qū)域以金屬塊或磁塊劃分,，通過(guò)電磁感應(yīng)器件計(jì)數(shù)）兩種形式，其優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)路徑的修改,，導(dǎo)引的可靠性好,，對(duì)環(huán)境無(wú)特別要求。缺點(diǎn)是地面測(cè)量安裝復(fù)雜,，工作量大,，導(dǎo)引精度和定位精度較低，且無(wú)法滿足復(fù)雜路徑的要求,。

2.電磁導(dǎo)引（Wire Guidance）

電磁導(dǎo)引是較為傳統(tǒng)的導(dǎo)引方式之一,，目前仍被許多系統(tǒng)采用，它是在自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人的行駛路徑上埋設(shè)金屬線,，并在金屬線加載導(dǎo)引頻率,，通過(guò)對(duì)導(dǎo)引頻率的識(shí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人的導(dǎo)引,。其主要優(yōu)點(diǎn)是引線隱蔽，不易污染和破損,，導(dǎo)引原理簡(jiǎn)單而可靠,，便于控制和通訊，對(duì)聲光無(wú)干擾,，制造成本較低,。缺點(diǎn)是路徑難以更改擴(kuò)展，對(duì)復(fù)雜路徑的局限性大,。

3.磁帶導(dǎo)引 （Magnetic Tape Guidance）

與電磁導(dǎo)引相近,，用在路面上貼磁帶替代在地面下埋設(shè)金屬線，通過(guò)磁感應(yīng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引,，其靈活性比較好,，改變或擴(kuò)充路徑較容易，磁帶鋪設(shè)簡(jiǎn)單易行,，但此導(dǎo)引方式易受環(huán)路周圍金屬物質(zhì)的干擾,，磁帶易受機(jī)械損傷，因此導(dǎo)引的可靠性受外界影響較大,。

4.光學(xué)導(dǎo)引（Optical Guidance）

在自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人的行駛路徑上涂漆或粘貼色帶,，通過(guò)對(duì)攝像機(jī)采入的色帶圖象信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單處理而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引，其靈活性比較好,，地面路線設(shè)置簡(jiǎn)單易行,，但對(duì)色帶的污染和機(jī)械磨損十分敏感，對(duì)環(huán)境要求過(guò)高,，導(dǎo)引可靠性較差,，精度較低。

5.激光導(dǎo)航（Laser Navigation）

激光導(dǎo)引是在自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板,，自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人通過(guò)激光掃描器發(fā)射激光束,，同時(shí)采集由反射板反射的激光束，來(lái)確定其當(dāng)前的位置和航向,，并通過(guò)連續(xù)的三角幾何運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人的導(dǎo)引,。

此項(xiàng)技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是，自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人定位精確,；地面無(wú)需其他定位設(shè)施,；行駛路徑可靈活多變，能夠適合多種現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境,，它是目前國(guó)外許多自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人生產(chǎn)廠家優(yōu)先采用的先進(jìn)導(dǎo)引方式,；缺點(diǎn)是制造成本高，對(duì)環(huán)境要求較相對(duì)苛刻（外界光線,，地面要求,，能見(jiàn)度要求等）,，不適合室外（尤其是易受雨、雪,、霧的影響）,。

6.慣性導(dǎo)航 （Inertial Navigation）

慣性導(dǎo)航是在自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人上安裝陀螺儀，在行駛區(qū)域的地面上安裝定位塊,，自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人可通過(guò)對(duì)陀螺儀偏差信號(hào)（角速率）的計(jì)算及地面定位塊信號(hào)的采集來(lái)確定自身的位置和航向,，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引。

此項(xiàng)技術(shù)在軍方較早運(yùn)用,，其主要優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)先進(jìn),，較之有線導(dǎo)引，地面處理工作量小,，路徑靈活性強(qiáng),。其缺點(diǎn)是制造成本較高，導(dǎo)引的精度和可靠性與陀螺儀的制造精度及其后續(xù)信號(hào)處理密切相關(guān),。

7.GPS（全球定位系統(tǒng)）導(dǎo)航 （Global Position System）

通過(guò)衛(wèi)星對(duì)非固定路面系統(tǒng)中的控制對(duì)象進(jìn)行跟蹤和制導(dǎo),，目前此項(xiàng)技術(shù)還在發(fā)展和完善，通常用于室外遠(yuǎn)距離的跟蹤和制導(dǎo),，其精度取決于衛(wèi)星在空中的固定精度和數(shù)量,，以及控制對(duì)象周圍環(huán)境等因素。

由此發(fā)展出來(lái)的是iGPS（室內(nèi)GPS）和dGPS（用于室外的差分GPS）,，其精度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于民用GPS,，但地面設(shè)施的制造成本是一般用戶無(wú)法接受的。

8.圖像識(shí)別引導(dǎo)

圖像識(shí)別自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人小車是模擬人通過(guò)眼睛來(lái)識(shí)別環(huán)境,，通過(guò)大腦分析,，來(lái)進(jìn)行走行的方法,。是建立在用攝像頭攝取照片圖形,，通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形識(shí)別軟件進(jìn)行圖形分析和識(shí)別，找出小車體與已設(shè)置路徑的相對(duì)位置,，從而引導(dǎo)小車走行的一種引導(dǎo)方法,。