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。


平臺式 AGV
平臺式AGV能夠實現物品的自動化可靠運輸及自動投送。其搭載激光傳感器、超聲波傳感器。基于激光SLAM的定位導航算法,結合超聲波傳感器,實現自主行走及自主避障。其控制臺可以集中調度、監控、管理 AGV 系統的運行狀態活動。


雙臂機器人雙臂機器人采用兩個7自由度柔性機械臂組成, 能夠集成化與柔性化地實現快速、安全、靈活、、高 效的旋擰、定位等全套裝配解決方案。該機器人系統配有視覺系統,具有視覺識別引導抓取功能,末端采用電控夾爪,實現對工件的穩定抓取。

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。


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。
旋轉處理模型
旋轉處理即以中心點為旋轉參考點,旋轉修正,如圖10a所示。設定P0(x0 ,y0) 為輪廓中心點坐標,B(x23 ,y23)為待修正后矩形一邊的中心點坐標, A(x'23,y'23)為修正后矩形一邊的中心點坐標。根據P0和B點坐標求得A點坐標,如式(3):

利用齒輪箱的模擬裝配拆解工作對本文智能機器人倉儲物流系統進行了應用驗證。通過總控調度系統軟件及各機器人系統的通訊,能夠實現對齒輪箱的裝配和拆解。設計開發的總控調度軟件經過長期運行和反復測試,能夠正確顯示各設備狀態,并且具有較好的用戶使用界面,工作性能良好。軟件運行結構如圖11所示。圖11a中各個按鈕分別代表各機器人的不同動作,主要用于調試及單步操作。圖11b 則為自動動作流程,裝配模式啟動后,總控調度軟件就會按照的4個零件出庫,然后通過平臺式AGV、復合機器人、運輸到雙臂機器人裝配臺處,通過雙臂機器人組裝成成品放回成品料盤中, 成品料盤經復合機器人、叉車AGV運輸到成品庫位中,零件料盤經復合機器人、平臺式AGV運輸回零件庫位中。
齒輪箱的裝配和拆解過程嚴格按照工藝流程執行,驗證了本文所設計的智能機器人倉儲物流系統的可靠性及穩定性。平臺式AGV與出入庫平臺的成功對接驗證了本文二維碼視覺定位的有效性及穩定性。