自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人被電商物流巨頭青睞,,背后的工作原理是什么,?

現(xiàn)代倉儲物流的發(fā)展對效率的要求進(jìn)一步提高,,而為了適應(yīng)高效的物流倉儲模式,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)器人托盤機(jī)器人,,中通的自動分揀機(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,?我們一起來了解一下。
現(xiàn)代倉儲物流的發(fā)展對效率的要求進(jìn)一步提高,,而為了適應(yīng)高效的物流倉儲模式,,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)器人托盤機(jī)器人,,中通的自動分揀機(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力來源,。一般可透過電腦來控制其行進(jìn)路線以及行為,,或利用電磁軌道來設(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的訊息進(jìn)行移動與動作。
自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人以輪式移動為特征,,較之步行,、爬行或其它非輪式的移動機(jī)器人具有行動快捷、工作效率高,、結(jié)構(gòu)簡單,、可控性強(qiáng)、安全性好等優(yōu)勢,。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)器人的活動區(qū)域無需鋪設(shè)軌道、支座架等固定裝置,,不受場地,、道路和空間的限制。因此,在自動化物流系統(tǒng)中,,最能充分地體現(xiàn)其自動性和柔性,,實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì),、靈活的無人化生產(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)絕對或相對位置及航向。
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)先級和啟動時(shí)間的調(diào)度運(yùn)行;提供對任務(wù)的各種操作如啟動,、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線電通信方式,,需要建立一個(gè)無線網(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
小車驅(qū)動負(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)無人駕駛,,導(dǎo)航和導(dǎo)引對其起到了至關(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,,通過對小區(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,,對環(huán)境無特別要求。缺點(diǎn)是地面測量安裝復(fù)雜,,工作量大,,導(dǎo)引精度和定位精度較低,且無法滿足復(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,,通過對導(dǎo)引頻率的識別來實(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)引原理簡單而可靠,,便于控制和通訊,對聲光無干擾,,制造成本較低,。缺點(diǎn)是路徑難以更改擴(kuò)展,對復(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,通過磁感應(yīng)信號實(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,,通過對攝像機(jī)采入的色帶圖象信號進(jìn)行簡單處理而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引,其靈活性比較好,,地面路線設(shè)置簡單易行,,但對色帶的污染和機(jī)械磨損十分敏感,對環(huán)境要求過高,,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,來確定其當(dāng)前的位置和航向,,并通過連續(xù)的三角幾何運(yùn)算來實(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)場環(huán)境,,它是目前國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,,對環(huán)境要求較相對苛刻(外界光線,地面要求,,能見度要求等),,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)器人可通過對陀螺儀偏差信號(角速率)的計(jì)算及地面定位塊信號的采集來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)信號處理密切相關(guān),。
7.GPS(全球定位系統(tǒng))導(dǎo)航 (Global Position System)
通過衛(wèi)星對非固定路面系統(tǒng)中的控制對象進(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,,以及控制對象周圍環(huán)境等因素。
由此發(fā)展出來的是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法接受的。
8.圖像識別引導(dǎo)
圖像識別自行走式物料搬運(yùn)機(jī)器人小車是模擬人通過眼睛來識別環(huán)境,,通過大腦分析,,來進(jìn)行走行的方法。是建立在用攝像頭攝取照片圖形,,通過計(jì)算機(jī)圖形識別軟件進(jìn)行圖形分析和識別,,找出小車體與已設(shè)置路徑的相對位置,從而引導(dǎo)小車走行的一種引導(dǎo)方法,。
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