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(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(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(duì)環(huán)境無特別要求。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(duì)導(dǎo)引頻率的識(shí)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(jiǎn)單而可靠，便于控制和通訊，對(duì)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(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(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(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(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眼睛來識(shí)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(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。