圖1為本文設(shè)計(jì)的智能機(jī)器人倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)總體方案,其集成了自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、AGV、機(jī)器人、視覺(jué)傳感器、激取光料傳感器等，由機(jī)器人完成物料的拾取、擺放、搬運(yùn)和分撿,視覺(jué)系統(tǒng)完成對(duì)物料的形狀、位置和顏色識(shí)別,傳感器完成移動(dòng)機(jī)器人的定位和避障等,該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了齒輪箱的裝配和拆解工作,其適用性廣,衍生能力強(qiáng)。設(shè)計(jì)齒輪箱裝配工藝流程如圖2所示。

該智能機(jī)器人倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)主要包括自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、平臺(tái)式AGV、復(fù)合機(jī)器人、雙臂機(jī)器人、叉車(chē)AGV等硬件設(shè)備。
(1)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)
自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是現(xiàn)代生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化程度提高的重要標(biāo)志,在有限的占地面積下能夠?qū)崿F(xiàn)貨物的大量、有效存儲(chǔ),充分利用空間資源。如圖3所示,本文設(shè)計(jì)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)包括貨架、堆垛機(jī)、出入庫(kù)平臺(tái)組成。其中堆垛機(jī)的行走軸實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)沿著立體倉(cāng)庫(kù)長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)、升降軸實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)沿著立體倉(cāng)庫(kù)高度方向運(yùn)動(dòng),貨叉伸縮軸實(shí)現(xiàn)貨物托盤(pán)的抓取。出入庫(kù)平臺(tái)安裝有貨物托盤(pán)檢測(cè)傳感器,用于判斷出入庫(kù)平臺(tái)與機(jī)器人的對(duì)接情況。零件出入庫(kù)平臺(tái)設(shè)有一段升降式運(yùn)輸平臺(tái)①,其處于低位時(shí)與平臺(tái)AGV對(duì)接,處于高位時(shí)與出入庫(kù)平臺(tái)②對(duì)接。


平臺(tái)式 AGV
平臺(tái)式AGV能夠?qū)崿F(xiàn)物品的自動(dòng)化可靠運(yùn)輸及自動(dòng)投送。其搭載激光傳感器、超聲波傳感器?；诩す釹LAM的定位導(dǎo)航算法,結(jié)合超聲波傳感器,實(shí)現(xiàn)自主行走及自主避障。其控制臺(tái)可以集中調(diào)度、監(jiān)控、管理 AGV 系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)活動(dòng)。


雙臂機(jī)器人雙臂機(jī)器人采用兩個(gè)7自由度柔性機(jī)械臂組成, 能夠集成化與柔性化地實(shí)現(xiàn)快速、安全、靈活、、高 效的旋擰、定位等全套裝配解決方案。該機(jī)器人系統(tǒng)配有視覺(jué)系統(tǒng),具有視覺(jué)識(shí)別引導(dǎo)抓取功能,末端采用電控夾爪,實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的穩(wěn)定抓取。

智能機(jī)器人倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)主要由總控調(diào)度軟件和立體倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控軟件組成,立體倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控軟件主要用于立體倉(cāng)庫(kù)狀態(tài)反饋,以及零件/成品的存入和取出。 總控調(diào)度軟件負(fù)責(zé)管理和控制所有的設(shè)備, 協(xié)調(diào)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行工作,以完成整體的傳工輸作控流制程?？偪卣{(diào)度軟件和其他跟各蹤模塊之間的關(guān)系如圖5所示。

圖5 軟件結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)中所有設(shè)備通過(guò)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信,如圖6所示。使用路由器組建一個(gè)局域網(wǎng),雙臂機(jī)器人、立體倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控軟件服務(wù)器、總控調(diào)度軟件服務(wù)器通過(guò)有線的方式介入局域網(wǎng),而復(fù)合機(jī)器人、平臺(tái)式AGV、叉車(chē)AGV使用無(wú)線的方式介入局域網(wǎng)。在該局域網(wǎng)中,總控調(diào)度軟件是整個(gè)系統(tǒng)的核心,允許直接監(jiān)視其他設(shè)備的狀態(tài),并控制這些設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。


設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè):平臺(tái)式AGV及叉車(chē)AGV 狀態(tài)監(jiān)測(cè)包括AGV位置監(jiān)測(cè)、電量監(jiān)測(cè)、載貨狀態(tài)監(jiān)測(cè)和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)等;復(fù)合機(jī)器人狀態(tài)監(jiān)測(cè)包括位置監(jiān)測(cè)、電量監(jiān)測(cè)、載貨狀態(tài)監(jiān)測(cè)、使能狀態(tài)監(jiān)測(cè)和空閑狀態(tài)監(jiān)測(cè)等;雙臂機(jī)器人狀態(tài)監(jiān)測(cè)包括機(jī)器人使能狀態(tài)監(jiān)測(cè)、機(jī)器人空閑狀態(tài)監(jiān)測(cè)、料臺(tái)上下料完成狀態(tài)監(jiān)測(cè)等;立體倉(cāng)庫(kù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)包括立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)使能狀態(tài)監(jiān)測(cè)、空閑狀態(tài)監(jiān)測(cè)、貨架中貨物狀態(tài)監(jiān)測(cè)、出入庫(kù)平臺(tái)空間狀態(tài)監(jiān)測(cè)、出入庫(kù)平臺(tái)上下料完成狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。
旋轉(zhuǎn)處理模型
旋轉(zhuǎn)處理即以中心點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)參考點(diǎn),旋轉(zhuǎn)修正,如圖10a所示。設(shè)定P0(x0 ,y0) 為輪廓中心點(diǎn)坐標(biāo),B(x23 ,y23)為待修正后矩形一邊的中心點(diǎn)坐標(biāo), A(x'23,y'23)為修正后矩形一邊的中心點(diǎn)坐標(biāo)。根據(jù)P0和B點(diǎn)坐標(biāo)求得A點(diǎn)坐標(biāo),如式(3):

利用齒輪箱的模擬裝配拆解工作對(duì)本文智能機(jī)器人倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證。通過(guò)總控調(diào)度系統(tǒng)軟件及各機(jī)器人系統(tǒng)的通訊,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)齒輪箱的裝配和拆解。設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的總控調(diào)度軟件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行和反復(fù)測(cè)試,能夠正確顯示各設(shè)備狀態(tài),并且具有較好的用戶使用界面,工作性能良好。軟件運(yùn)行結(jié)構(gòu)如圖11所示。圖11a中各個(gè)按鈕分別代表各機(jī)器人的不同動(dòng)作,主要用于調(diào)試及單步操作。圖11b 則為自動(dòng)動(dòng)作流程,裝配模式啟動(dòng)后,總控調(diào)度軟件就會(huì)按照的4個(gè)零件出庫(kù),然后通過(guò)平臺(tái)式AGV、復(fù)合機(jī)器人、運(yùn)輸?shù)诫p臂機(jī)器人裝配臺(tái)處,通過(guò)雙臂機(jī)器人組裝成成品放回成品料盤(pán)中, 成品料盤(pán)經(jīng)復(fù)合機(jī)器人、叉車(chē)AGV運(yùn)輸?shù)匠善穾?kù)位中,零件料盤(pán)經(jīng)復(fù)合機(jī)器人、平臺(tái)式AGV運(yùn)輸回零件庫(kù)位中。
齒輪箱的裝配和拆解過(guò)程嚴(yán)格按照工藝流程執(zhí)行,驗(yàn)證了本文所設(shè)計(jì)的智能機(jī)器人倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性。平臺(tái)式AGV與出入庫(kù)平臺(tái)的成功對(duì)接驗(yàn)證了本文二維碼視覺(jué)定位的有效性及穩(wěn)定性。