1 综述
本智能仓储机器人利用移动定位技术可以根据分布在工作区域的传感器准确计算和判断自身所处位置,完成在工位和仓库货架之间的自主行走,运行期间无需任何人工干预。在接收管理人员的呼叫指令后,自动沿着设计路线到达呼叫位置,运行智能检测障碍物并完成绕行。仓储机器人在到达指令位置后,通过RFID电子标签和传感器将测得的每一个数据点和参考模型特征进行匹配从而完成工作装置的精确定位。最后通过运动控制器使货叉对准货位上的托盘孔或货架空位进而执行存取动作。
2 智能仓储机器人的主要技术平台
2.1 RFID自动识别技术
在商品出入库环节中,利用附着在目标物体上的RFID电子标签进行目标识别和定位操作。在自动识别技术中利用超高频率920-925MHz作为RFID频段,并采用帧时隙ALOHA防碰撞算法[1] 避免由于在读写器作读取范围内存在多个标签同时发送信息所导致的信号冲突。
2.2 激光导引技术
仓储机器人在上位机给出任务后,按照其内部的地图信息和外部环境所提供的激光导引信号(激光反射板)规划出一条路径,在车载电脑中根据测出的长度和方向计算出当前的位置和方向,并能沿着该路径在没有人工干预的情况下沿着货架内的通道移动到指定位置。
2.3 模型特征匹配技术
仓储机器人采用了局部特征的辨识和定位系统,对机器人前方的环境进行光学处理,并将采集的信息进行压缩、反馈到学习子系统。学习子系统将采集到的图像信息和机器人的实际位置联系起来,完成自主定位,如托盘孔的形状等。
2.4 机器人行走姿态估计技术
在整个系统的协调运行中,传感器对周边环境的观测不可避免的会存在噪声,进而影响仓储机器人的行走姿态估计精度。为了准确预估出机器人动态系统的状态信息,我们采用基于混沌粒子群算法的粒子滤波技术(CPSO-PF)[2,3,4,5] 来尽量减小行走姿态估计误差对整个系统的影响。
3 智能仓储机器人的控制系统构成
本智能仓储机器人的控制系统采用现场总线控制模式,在接收到仓储管理系统的作业指令后,完全不需要经过控制室的主控系统即可自行完成作业。即每台机器人都有自己的主控制器而不依赖于外部计算机,使得用户不管是购买一台机器人单独作业还是购买多台机器人协同作业,均不需要配备控制室主控计算机,只要机器人与仓库原有的仓储管理系统对接后即可使用。当多台机器人协同作业时,指定其中一台为主控机器人,其它所有机器人服从主控机器人管理与调度。
本控制系统分为地面系统及车载控制系统,其中,地面系统指系统的固定设备,主要负责任务分配,自动充电等功能;车载控制系统在收到地面系统的指令后,负责车辆调度,路径(线)管理,交通管理,导航计算,导引实现,车辆行走,装卸操作精确定位等功能。控制系统构成如图1所示:
图1 控制系统构成 下载原图
4 智能仓储机器人的软件系统构成
4.1 主控制程序
主控制程序用于对获得的导航信息、任务信息、运行信息等进行处理,控制车辆的工作状态。其程序结构如表1所示:
表1 程序结构 下载原图
4.2 功能子程序说明
(1)车辆控制程序:安全防碰撞,根据激光探测装置、光电开关、限位开关等判断障碍物的危险级别,进行车的减速、停止、急停控制。
(2)自动装卸货程序:对获得的车辆到位信息和上位命令等进行处理,确定车辆的装卸货动作,以及充电控制。
(3)托盘识别与定位程序:用于托盘识别与定位,保证准确取到所需货物。
(4)货叉比例阀控制程序:根据装、卸货的需要进行升降叉控制,液压系统由PWM脉宽调制比例阀与编码器构成液压伺服控制,要求升降快速、平稳。
(5)故障停机处理程序:根据各传感器的状态、数据与相应正常状态相比较,设置急停或停车,并发出相应的报警信号。
(6)故障显示及查询程序:通过OP10操作终端按照车辆控制器中定义的功能显示单机系统状态和故障信息。用于机器人的故障检测,帮助用户判断机器人停止、急停的原因。
(7)上位通讯程序:通过无线局域网接受上位命令,并将系统各种情况处理后,向上位计算机发送相应的标志位或自定义的事件代码,上位计算机收到后,由车辆管理程序及Cway8图形化监控程序进行管理、显示。
(8)柔性段控制程序:机器人在站台存取货时,提高装卸货动作成功率。
(9)行走姿态估计程序:读取机器人上位系统的路径设置并分析反馈信息,控制机器人的准确动作。
(10)指示灯控制程序:根据全车工作状态控制各指示灯及报警器的工作。
(11)装卸货故障处理程序:装卸货动作出错时,处理任务信息。
(12)货叉位置环控制程序:控制车在站台地面装卸货时货叉的高度。
(13)阀及泵控制程序:在货叉升降及出现故障时,控制油泵和电磁阀的启停。
(14)手动控制程序:手动控制机器人动作。
5 结论
智能仓储物流机器人代表着现代物流的发展方向。其优势是加快反应速度和降低基建成本和服务成本,使传统物流企业的管理和业务流程得到根本性的改造。
