林德搬運機器人的原理及組成

許真聰

摘 要：林德搬運機器人是智能化的自動導引車，在LT物流技術(shù)大會中獲得了“2017物流技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)品獎”。本文介紹了林德搬運機器人，它將獨特的地形導引技術(shù)嵌入成熟可靠的標準化叉車上，以實現(xiàn)智能化的物料搬運。

關(guān)鍵詞：林德搬運機器人；地形導引技術(shù)；系統(tǒng)組成；機器人管理系統(tǒng)

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

近幾年，以互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)的自動化、智能化技術(shù)引領(lǐng)著“工業(yè)4.0”對制造業(yè)發(fā)展的深度影響，使得物流行業(yè)成為創(chuàng)新的熱點領(lǐng)域，成為我國產(chǎn)業(yè)變革和經(jīng)濟轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵。

林德物料搬運是全球物料搬運的領(lǐng)導者，智能搬運技術(shù)的領(lǐng)先者。林德的宗旨是實現(xiàn)超越性的高效作業(yè)。針對用戶需求，最大化地提高物流作業(yè)效率是林德解決方案的核心。在這種理念的激勵下，林德搬運機器人（以下簡稱林德機器人） 誕生了。它是智能化的自動導引車，在年度LT物流技術(shù)大會中獲得了“2017物流技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)品獎”。

1.傳統(tǒng)導引技術(shù)

傳統(tǒng)導引技術(shù)主要有電磁導引、激光導引、超聲波導引等。

1.1電磁導引

電磁導引的歷史最悠久。它在車輛行駛路徑中埋設(shè)金屬導線，并加載低頻、低壓導引電流，使得導線周圍產(chǎn)生磁場。自動導引車輛上的電磁感應(yīng)線圈能夠識別和跟蹤導引磁場，從而實現(xiàn)對車輛的導引作用。電磁導引的優(yōu)勢是引線比較隱蔽，在運行中不會遭到破壞；控制原理比較簡單，建設(shè)成本低。主要缺點是路徑必須固定，更改和擴充比較困難；感應(yīng)線圈對周圍金屬比較敏感，很容易受到干擾。

1.2激光導引

激光導引是在車輛行駛路徑周圍安裝激光反射板，自動導引車輛采集不同角度反射的激光束，并通過三角形運算方式計算出具體的位置，從而實現(xiàn)對車輛的導引。激光導引定位準確，能夠適應(yīng)復雜的路徑和工作環(huán)境，修改路徑或者擴充路徑比較容易；其缺點是對激光掃描器的視場要求比較高，系統(tǒng)抗干擾能力比較差。

1.3 超聲波導引

超聲波導引可利用一般的墻面或者類似物體進行導引，而不需要設(shè)置專門的反射板，因此它在特定的環(huán)境下提供了較大的柔性和較低成本的方案。但由于反射面大，在制造車間環(huán)境下應(yīng)用十分困難。超聲波導引大多應(yīng)用于集裝箱碼頭，利用規(guī)則擺放的集裝箱反射超聲波，可以很好地達到自動導引的目的，而且價格低廉。

2.林德機器人的導引技術(shù)

林德機器人配有獨特的地形導引技術(shù)。通過激光雷達圖形成像技術(shù)識別建筑物內(nèi)部的特征（比如墻壁，貨架，機器等），建立參考地圖；執(zhí)行360°的環(huán)境掃描，實時關(guān)聯(lián)所看到的景象和參考地圖，從而實現(xiàn)自我定位，并沿預期路徑行走。這種解決方案的優(yōu)勢是：無需額外的基礎(chǔ)設(shè)施，比如反光鏡、電線或磁鐵；可以幫助客戶更經(jīng)濟和更容易地適應(yīng)環(huán)境變化。

那么林德機器人是如何識別其所處的環(huán)境呢？通常需要3個階段（如圖1～圖3所示）：

第一階段，現(xiàn)場工程師在工作區(qū)域內(nèi)手動駕駛林德機器人。林德機器人使用激光雷達記錄它所接受的所有信息，并轉(zhuǎn)換為2D的地圖，比如墻壁、貨架、托盤、機器等等。

第二階段，建立參考地圖。現(xiàn)場工程師清除草圖，只留下特征，比如墻壁、貨架等，接著根據(jù)物流流程和需求添加虛擬路程以及物料的拾取點和放置點。這樣就形成了參考地圖，并植入林德機器人的控制中心，作為它的“認知”。

第三階段，林德機器人執(zhí)行360°的環(huán)境掃描，實時比較它所看到的東西（通過激光導航掃描到的圖像）與它自己的“認知”（參考地圖），因此能夠自我定位，并沿預期路徑行走。

3.林德機器人的組成

林德機器人是基于標準化和成熟技術(shù)的物料搬運車輛，增加先進的智能裝置而構(gòu)成的系統(tǒng)。

智能裝置包括自動導引控制器和傳感器。

自動導引控制器聯(lián)結(jié)至叉車的機械系統(tǒng)及電子系統(tǒng)，可發(fā)送指令給叉車，指揮叉車的前進、后退和停止以及貨叉的提升和下降，它充當著“司機”的大腦。

傳感器配備了全方位的PL-D級別安全認證的激光雷達傳感器（前方，后方，側(cè)面）、托盤檢測裝置、貨架檢測裝置等，用于搜集所有的信息，相當于“司機”的眼睛，圖4和圖5所示。

4.林德機器人管理系統(tǒng)（圖6）

林德機器人管理系統(tǒng)能夠完全融入客戶的使用環(huán)境和具體需求。

作為解決方案的紐帶，它使客戶的IT系統(tǒng)，機器和基礎(chǔ)設(shè)施能夠與林德機器人進行實時通信。比如它可與客戶的倉庫管理軟件WMS或者企業(yè)管理軟件ERP進行接口對接，可實時接收、處理和傳輸數(shù)據(jù)，通過和其他網(wǎng)絡(luò)機器、設(shè)備的交互，實現(xiàn)車輛與操作信息流的無縫集成。

作為解決方案的核心部分，它監(jiān)控和協(xié)調(diào)著林德機器人車隊，進行定位、任務(wù)規(guī)劃和分配。同時智能計算機模塊也可確保車輛狀態(tài)等信息數(shù)據(jù)的傳輸，方便售后服務(wù)等需求。

那么林德機器人管理系統(tǒng)是如何進行任務(wù)分配的？有以下幾種方式：

（1）客戶可直接在林德機器人管理系統(tǒng)的界面上指定或者規(guī)劃任務(wù)。

（2）客戶WMS或者ERP系統(tǒng)向林德機器人管理系統(tǒng)發(fā)送指令，機器人管理系統(tǒng)再將任務(wù)分配給機器人車輛。比如準備一個裝運區(qū)域，儲存一個特定類型的托盤等等。

（3）基礎(chǔ)設(shè)施或機器上的傳感器向林德機器人管理系統(tǒng)發(fā)送信息，并觸發(fā)機器人車輛工作。例如供應(yīng)托盤或者排空生產(chǎn)線。

（4）客戶操作員按下呼叫按鈕，通知林德機器人執(zhí)行一個預先設(shè)定的任務(wù)。例如將準備好的托盤運送至運輸平臺。

（5）林德機器人使用前端的PL-D安全激光雷達掃描地板儲存區(qū)，檢測是否有空間可用于存放托盤。

結(jié)語

叉車行業(yè)已經(jīng)朝著工業(yè)4.0的方向發(fā)展，林德機器人智能化的解決方案使客戶的設(shè)備更加靈活，這樣就可以保證無論是產(chǎn)品的不同規(guī)格、還是任意工作時間都可以避免由于不正當?shù)牟僮鞫鴮е碌娘L險事故，從而減少人員成本等損失。在加強用戶物料搬運和倉儲過程中的精確性的同時，使復雜多變的物流作業(yè)工況得以更加安全高效地運行。

參考文獻

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