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    立体化智能仓库的开发与实施

      信息来源:   发布时间:2021-09-14  点击数:

    1 项目背景

    近些年随着人工智能技术的不断成熟,人工智能在各行各业的应用越来越广泛,图像识别、语音识别、工业自动化等深入各行各业。创新开发立体化智能仓库管理系统,实现对生产车间所需要的物料、备品备件、货物进行管理。立体化智能仓库综合采用5G技术、信息识别技术、图像监视技术、计算机控制和管理系统等,自动地存储和取出物料,实现生产过程中物料、货物的自动化运输,减少人力运输成本,提高工作效率。

    2 系统介绍

    2.1 系统概述

    立体化智能仓库系统主要由智能化机器人、电气设备、立体化货架、计算机控制和管理系统组成。能够充分利用空间,实现货物的最大存储量,完全由计算机操控,在不直接人工干预的情况下,智能化机器人自动地存储和取出物料的存储系统。机械设备主要包括货架、托盘、智能化机器人;电气设备主要包括检测装置、信息识别装置、控制装置、5G数据通信设备、4K图像监视设备等,综合运用了信息识别技术、图像监视技术;计算机控制和管理系统是集物资存储、输送、分配等功能于一体的自动化系统。承担智能化仓库的货物管理、堆垛机控制、运送机控制、自动分拣等,能够实现包装标准化、识别智能化、输送机械化、控制自动化实现生产过程中物料、货物的自动化运输,减少人力运输成本,提高工作效率。

    2.2 各个功能模块应用特点详述

    2.2.1 智能化机器人

    智能化机器人设计为4轴轨道叉臂机器人,机器人在轨道上具有启动、停止、急停、复位等运动功能,同时具备高度的升降,左右叉臂的伸缩功能。机械部分采用导轨和高精度齿条设计,高精度齿条的选用,大大提高了机器人4轴运动的精度。

    智能化机器人的控制核心采用PLC可编程控制器,PLC通过位置模式控制伺服电机,实现机器人的4轴运动。其中,PLC选用三菱FX5U系统,三菱FX5U具备4轴高速脉冲输出,完全满足机器人的4轴控制;电机选用台达B2系列,大功率伺服电机的使用,使机器人最大载重可达500公斤,运行速度最高可达30米/分钟,在高负载高速率的情况下满足机器人的精准运动。其中,为考虑机器人的安全,控制高度的伺服电机应具备电磁刹车功能,避免机器人取重物时突然断电,出现失重现象。PLC软元件布局如表1所示。

    表1     下载原表

    表1

    机器人电源系统由蓄电池和电源管理系统组成,当蓄电池电量低于预设的阀值时,电源管理系统自动发出充电申请,并接收控制系统指令自动运行至充电站充电。当机器人长时间处于任务空闲时,控制系统发指令让机器人处于休眠状态,低功耗运行。

    2.2.2 电气设备

    电气设备主要包括检测装置、信息识别装置、5G数据通信模块、4K图像监视设备等。

    电气设备使机器人具备了位置识别、障碍物感知、和上位机通讯等功能。检测装置的位置传感器主要由定位传感器和超声波传感器组成。定位传感器给机器人提供位置信息,可以使机器人快速准确的运行到指定位置。机器人的移动位置虽然由PLC控制,但运行过程中难免出现丟步或者人为移动机器人的现场,机器人可以通过定位传感器实时修正自己的位置坐标,并通过通信模块将位置信息反馈给上位机;超声波传感器用于获取机器人周围的信息,当机器人运行方向或者机械臂伸展方向有障碍物的时候,机器人会停止运行,同时发出报警信息。

    5G通讯模块的开发,实现了机器人和上位机的实时通讯。操作人员通过人机界面输入需要取件的物料,上位机通过5G通讯模块发送物料名称、编号、货架位置、取件数量等信息给机器人控制系统,实现机器人快速而准确的取货。同时,机器人也会将定位和超声波传感器信息通过5G通讯模块实时反馈给上位机。当机器人与通信网络失联超过一定时间时,出于安全考虑,机器人自动停止运行,发出报警信息,等待人工介入处理。

    4K图像监视设备用于监看机器人的运行情况,4K图像通过5G网络实时回传至服务器电脑,操作人员可以监看机器人的运行状态。

    2.2.3 立体化货架

    立体化货架可根据生产车间的需求自由定制,一般可采用5-10层货架,货架长度最长可至100米,可满足大型立体化仓库的需求。


    2.2.4 计算机控制和管理系统

    人机界面采用计算机系统,主要分为机器人控制系统和仓库管理系统,使用VB6.0开发,计算机系统通过5G网络与机器人通讯。

    机器人控制系统主要功能是计算机和PLC之间的5G通讯,由计算机发送指令,通过5G网络发送给PLC;机器人自身的传感器信息也将由PLC通过5G网络反馈给计算机。操作人员通过机器人控制系统可以实时监视调度系统任务状态、机器人运行状态、机器人安全状态、传感器状态、故障信息,并进行机器人运动控制等,可以对机器人进行远程固件升级、远程重启等操作。

    计算机管理系统主要功能是对立体化仓库的物料管理,采用SQL数据库设计,存储立体化仓库内所有物料的信息,包括物料名称、数量、位置等信息。仓库管理员需对货架上所有周转箱编号,将物料分类后按编号放入周转箱,所有信息录入数据库,实现仓库管理的信息化。机器人控制系统在收到取料指令后,自动查询数据库信息,获取库存情况及物料的位置信息,并讲信息发送给机器人,由机器人完成物料的收取。

    3 工作流程

    操作人员在计算机输入所需物料的名称和数量,计算机自动从数据库查询库存情况和物料的位置编号,查询无误后向机器人发送指令,机器人获取指令后自动巡航至指定位置,用叉臂铲起周转箱后巡航至取料台,操作人员在取料台收取物料,整个过程无需人工干预。

    4 总结与展望

    4.1 方案总结

    生产车间的仓库存在乱堆、乱放现象,很难实现精细化管理,有些不常用物料通常被遗忘在角落,不利于查找。立体化智能仓库解决了这一问题,通过数据库管理,可以快速准确的查找所需物料的位置、数量,并通过5G网络向机器人发送指令,由机器人完成物料的存取,既提高了工作效率,又实现了精细化管理。

    现有机器人动力系统采用的轨道式机器人,轨道式机器人开发成本低、运行精度高,但灵活性差,为适应大型仓库车间的智能化管理,下一步将开发自走机器人,以适应更多的使用场景。

    4.2 未来展望

    “机器换人”不仅缓解劳动力成本上涨带来的压力,而且智能装备可以提高生产效率,降低单位时间内的成本,从而增大盈利空间。

    建设智能仓库、智能工厂是制造企业转型升级的重要方式,是中长期发展战略。中国要从制造大国向制造强国迈进,必须加快推动互联网、大数据、人工智能和实体经济的深度融合。数字化是智能化的必由之路,如果没有智能化工厂的打算,企业可能在未来丧失竞争力。

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