圖1為本文設計的智能機器人倉儲物流系統總體方案,其集成了自動化立體倉庫、AGV、機器人、視覺傳感器、激取光料傳感器等，由機器人完成物料的拾取、擺放、搬運和分撿,視覺系統完成對物料的形狀、位置和顏色識別,傳感器完成移動機器人的定位和避障等,該系統實現了齒輪箱的裝配和拆解工作,其適用性廣,衍生能力強。設計齒輪箱裝配工藝流程如圖2所示。

該智能機器人倉儲物流系統主要包括自動化立體倉庫、平臺式AGV、復合機器人、雙臂機器人、叉車AGV等硬件設備。
(1)自動化立體倉庫
自動化立體倉庫是現代生產系統自動化程度提高的重要標志,在有限的占地面積下能夠實現貨物的大量、有效存儲,充分利用空間資源。如圖3所示,本文設計自動化立體倉庫包括貨架、堆垛機、出入庫平臺組成。其中堆垛機的行走軸實現堆垛機沿著立體倉庫長度方向運動、升降軸實現堆垛機沿著立體倉庫高度方向運動,貨叉伸縮軸實現貨物托盤的抓取。出入庫平臺安裝有貨物托盤檢測傳感器,用于判斷出入庫平臺與機器人的對接情況。零件出入庫平臺設有一段升降式運輸平臺①,其處于低位時與平臺AGV對接,處于高位時與出入庫平臺②對接。


設計開發自動化立體倉庫其管理系統具有貨物入庫、貨物出庫、入/出庫人工修正、庫存盤點、設備狀態查詢及設備故障記錄等功能,可以自動記錄設備故障信息,包括設備編碼、故障時間、故障類別、故障說明等,在故障排除后由操作員在該記錄中填寫排除時間信息,并且可以按照設備編碼、故障類別等進行設備故障記錄查詢,查詢結果以列表形式顯示在計算機屏幕上,并可以打印輸出。

智能機器人倉儲物流系統主要由總控調度軟件和立體倉庫監控軟件組成,立體倉庫監控軟件主要用于立體倉庫狀態反饋,以及零件/成品的存入和取出。 總控調度軟件負責管理和控制所有的設備, 協調各個設備進行工作,以完成整體的傳工輸作控流制程。總控調度軟件和其他跟各蹤模塊之間的關系如圖5所示。

圖5 軟件結構圖

系統中所有設備通過TCP/IP協議進行通信,如圖6所示。使用路由器組建一個局域網,雙臂機器人、立體倉庫監控軟件服務器、總控調度軟件服務器通過有線的方式介入局域網,而復合機器人、平臺式AGV、叉車AGV使用無線的方式介入局域網。在該局域網中,總控調度軟件是整個系統的核心,允許直接監視其他設備的狀態,并控制這些設備執行相應的動作。


綜合考慮智能機器人倉儲物流系統工作流程,機器人的轉彎半徑、工作空間、場地等多方面約束,進行智能機器人倉儲物流系統布局設計,其布局如圖7所示,圖中虛線表示叉車 AGV 的運行路線,粗實線表示復合機器人的運行路線,細實線為平臺式AGV的運行路線,兩臺平臺式AGV交替工作。復合機器人與叉車AGV在轉接臺處完成取放貨,復合機器人與平臺式AGV在轉接處完成對接。



設備狀態監測:平臺式AGV及叉車AGV 狀態監測包括AGV位置監測、電量監測、載貨狀態監測和運行狀態監測等;復合機器人狀態監測包括位置監測、電量監測、載貨狀態監測、使能狀態監測和空閑狀態監測等;雙臂機器人狀態監測包括機器人使能狀態監測、機器人空閑狀態監測、料臺上下料完成狀態監測等;立體倉庫狀態監測包括立體倉庫堆垛機使能狀態監測、空閑狀態監測、貨架中貨物狀態監測、出入庫平臺空間狀態監測、出入庫平臺上下料完成狀態監測等。
本文所設計的智能機器人倉儲物流系統對AGV和復合機器人移動底盤的定位精度要求較高,尤其是在平臺式AGV與立體倉庫升降式運輸平臺對接及復合機器人和平臺式AGV對接時,目前移動底盤常用的導航方式很難滿足需求。針對目前AGV常用導航方式精度低、實時性差、無法實現位姿修正等問題,本文提出一種二維碼視覺定位方法。將視覺攝像頭安裝于AGV的中心底部,使攝像頭光心與AGV旋轉中心重合,并在攝像頭周圍安裝光源,克服光線變化的影響。通過識別地面上的二維碼,經視覺處理將數據反饋給AGV運動控制系統,實現 AGV的定位。
為了凸顯二維碼的輪廓,本文采用在原二維碼基礎上加入矩形外輪廓,中心與二維碼中心重合,如圖8所示。使用加入矩形外輪廓的二維碼檢測效果好,不易被誤檢測,可以顯著提高邊緣檢測的正確識別率。
AGV經過視覺位移處理和旋轉處理,可以調節AGV當前位姿,提高AGV的定位精度,AGV與其他設備的對接可靠穩定。