AGV智能倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

鄭海輝

摘要：我國(guó)電子商業(yè)的快速發(fā)展，電商物流的需要顯著增加，傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)物流行業(yè)人力資源難以滿足工作量需要，企業(yè)逐漸應(yīng)用AGV智能機(jī)器人完成倉(cāng)儲(chǔ)物流任務(wù)?；诖耍疚南确治隽薃GV智能機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀，認(rèn)識(shí)到AGV發(fā)展前景，進(jìn)一步提出了AGV智能倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)各個(gè)系統(tǒng)加強(qiáng)優(yōu)化，顯著提高機(jī)器人性能，讓機(jī)器人能夠滿足企業(yè)運(yùn)行需要。

關(guān)鍵詞：AGV技術(shù);智能倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人;優(yōu)化結(jié)構(gòu)

0? 引言

在物流倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)，AGV智能機(jī)器人的應(yīng)用改變了人工分揀儲(chǔ)存的局面，有效提高了貨物倉(cāng)儲(chǔ)的效率和速度。為進(jìn)一步提高社會(huì)生產(chǎn)力，還需要針對(duì)智能機(jī)器人加強(qiáng)設(shè)計(jì)，不斷優(yōu)化智能機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，提高其性能，滿足各個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)需要。因此研究智能機(jī)器人結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有重要作用，可有效提高機(jī)器人性能，讓機(jī)器人運(yùn)動(dòng)性能滿足生產(chǎn)需要。

1? AGV智能倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀

AGV智能倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人是由汽車和智能技術(shù)演變而來(lái)，美國(guó)貝瑞特電氣公司在上個(gè)世紀(jì)五十年代研制出世界上第一臺(tái)AGV小車，在1954年正式投入運(yùn)行。發(fā)展至今，國(guó)外AGV技術(shù)主要是簡(jiǎn)易型AGV技術(shù)和全自動(dòng)AGV技術(shù)。近年來(lái)，AGV技術(shù)在我國(guó)物流運(yùn)輸行業(yè)大量應(yīng)用，沈陽(yáng)新松、北京起重機(jī)械研究所等企業(yè)，逐漸研發(fā)出AGV小車，推動(dòng)了AGV小車的智能化發(fā)展。我國(guó)電子商務(wù)的快速發(fā)展，打開(kāi)了AGV小車的應(yīng)用領(lǐng)域，AGV智能倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人被研發(fā)并廣泛應(yīng)用。如今我國(guó)AGV智能機(jī)器人智能化水平逐漸升級(jí)，核心設(shè)備國(guó)產(chǎn)化水平逐漸提高，AGV智能機(jī)器人的應(yīng)用，也有效提高了我國(guó)物流行業(yè)的運(yùn)作效率。但AGV機(jī)器人還需要進(jìn)一步完善，研發(fā)出更加成熟先進(jìn)的產(chǎn)品，推動(dòng)各行各業(yè)的全面發(fā)展。

2? AGV應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展前景

AGV系統(tǒng)可以連續(xù)作業(yè)，滿足多種應(yīng)用功能，制藥業(yè)廣泛使用AGV應(yīng)用領(lǐng)域系統(tǒng)，取得了良好的效果。如今AGV應(yīng)用領(lǐng)域系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)、制造業(yè)、食品業(yè)、煙草業(yè)以及醫(yī)藥業(yè)等領(lǐng)域中。我國(guó)老齡化程度逐漸加劇，勞動(dòng)成本逐漸升高，推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級(jí)，再加上工作環(huán)境等因素影響，造成勞動(dòng)力不足問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。AGV小車的出現(xiàn)可顯著改善這一局面，集合計(jì)算機(jī)、電子、傳感器等技術(shù)，在各個(gè)領(lǐng)域中都能得到良好的應(yīng)用。未來(lái)還需要進(jìn)一步拓展AGV系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，深入養(yǎng)老領(lǐng)域、高危職業(yè)中，利用智能機(jī)器人優(yōu)勢(shì)提高社會(huì)生產(chǎn)效率，滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。如倉(cāng)儲(chǔ)物流行業(yè)，AGV小車能夠靈活在各個(gè)站點(diǎn)中運(yùn)輸，顯著減少人力資源的浪費(fèi)，節(jié)約倉(cāng)庫(kù)場(chǎng)地，減少企業(yè)的經(jīng)濟(jì)成本。同時(shí)AGV機(jī)器人作業(yè)更加安全，減少職業(yè)危害，憑借諸多優(yōu)勢(shì)，AGV機(jī)器人將得到更為廣泛的應(yīng)用，顯著提高行業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度和安全性。

3? 舉升旋轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

舉升機(jī)構(gòu)組件包括編碼器、電動(dòng)缸、制動(dòng)器以及舉升電機(jī)等構(gòu)成。舉升電機(jī)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，將水平運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪毕蛏系倪\(yùn)動(dòng)，電動(dòng)缸上部和托板相接觸，電動(dòng)缸下端被固定車架。電機(jī)并不能攜帶1000kg貨架穩(wěn)定運(yùn)行，要利用制動(dòng)機(jī)構(gòu)，在電動(dòng)缸將貨架舉起，制動(dòng)器制動(dòng)剎車，讓貨架保持在被舉起狀態(tài)，保證貨架穿梭于倉(cāng)庫(kù)，AGV倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人擁有兩個(gè)電動(dòng)缸，一個(gè)為500kg載重，舉升高度達(dá)到30mm～50mm，使用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)舉升的電機(jī)，側(cè)面擁有直線導(dǎo)軌可以保證托板正常垂直舉升。一般情況下，倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人載重量為5kg，倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人能夠自動(dòng)定位貨物運(yùn)送出口。旋轉(zhuǎn)盤使用翻斗式，可以隨時(shí)將貨物倒在指定位置。在載物裝置中，絲桿和電機(jī)相連接，同時(shí)帶動(dòng)絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)能夠讓滑塊出現(xiàn)橫向的轉(zhuǎn)動(dòng)，讓滑塊、托盤之間合頁(yè)連接，滑塊向橫向移動(dòng)，讓托盤實(shí)現(xiàn)升降[1]。電機(jī)能夠?qū)ν斜P升降加以控制，托盤上的物體被轉(zhuǎn)移到對(duì)應(yīng)地點(diǎn)。

4? 四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

一般情況下，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括單驅(qū)動(dòng)、雙驅(qū)動(dòng)、多驅(qū)動(dòng)以及差速驅(qū)動(dòng)集中方式。差速驅(qū)動(dòng)主要使用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，調(diào)整驅(qū)動(dòng)輪速度，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎功能，可以隨時(shí)轉(zhuǎn)直角彎，具有靈活的運(yùn)動(dòng)能力。四輪式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在行進(jìn)和轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)時(shí)，更加穩(wěn)定。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為AGV最為重要的單元，直接影響到AGV的性能。本設(shè)計(jì)采取四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，每個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)都擁有一個(gè)編碼器，記錄轉(zhuǎn)動(dòng)脈沖，構(gòu)成驅(qū)動(dòng)控制閉環(huán)。輪子和電機(jī)軸使用剛性鍵連接，使用深溝球軸承連接驅(qū)動(dòng)外殼以及電機(jī)軸。轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)向以及速度的調(diào)節(jié)，讓小車實(shí)現(xiàn)前進(jìn)和后退運(yùn)動(dòng)。當(dāng)四個(gè)驅(qū)動(dòng)輪保持方向和速度的一致，AGV可以進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)[2]。其中兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪方向不一致、速度不同時(shí)，可以做弧線運(yùn)動(dòng)或者原地轉(zhuǎn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)組件包括軸承、尼龍輪、法蘭盤等構(gòu)成，車輪材質(zhì)決定承載性能，內(nèi)輪轂和尼龍輪使用螺釘固定，且不會(huì)出現(xiàn)打滑的情況。懸架組件要保證六輪結(jié)構(gòu)的輪子同時(shí)著地，驅(qū)動(dòng)組件和主框架使用彈簧連接，保證車體受力均勻，分散給四個(gè)萬(wàn)向輪上。這種結(jié)構(gòu)保證了AGV驅(qū)動(dòng)力，也提高轉(zhuǎn)彎過(guò)程中的穩(wěn)定性。

5? 360°全方位感應(yīng)防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

360°防撞系統(tǒng)采用高精準(zhǔn)傳感器，傳感器能夠檢測(cè)運(yùn)動(dòng)設(shè)備，將事件轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)，將數(shù)據(jù)發(fā)送給控制系統(tǒng)，方便于故障狀態(tài)下快速關(guān)閉系統(tǒng)或者制停。AGV設(shè)計(jì)二級(jí)保護(hù)功能，用前后左右360°保護(hù)傳感器，能夠?qū)Ω浇O(shè)施進(jìn)行防范。防撞系統(tǒng)包括機(jī)械支架、橡膠、彈簧等設(shè)施，一旦小車碰撞，彈簧受到擠壓，開(kāi)關(guān)快速鏈接，強(qiáng)行結(jié)束全部命令。在小車上設(shè)置正常運(yùn)行等，AGV正常運(yùn)行時(shí)，綠燈正常亮起，小車受到撞擊，意外終止任務(wù)，紅燈亮起。防撞系統(tǒng)作為倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人最為重要的部分，在運(yùn)行過(guò)程中要始終保證現(xiàn)場(chǎng)人員和車輛的安全。倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人利用傳感器識(shí)別附近障礙物，在前進(jìn)或者后退等運(yùn)動(dòng)中，及時(shí)識(shí)別障礙物，避免碰撞的發(fā)生。倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人也安裝了急停開(kāi)關(guān)，緊急情況下，工作人員可以隨時(shí)按動(dòng)急停開(kāi)關(guān)停止運(yùn)行。防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可保障機(jī)器人之間以及和工作人員之間不發(fā)生碰撞，規(guī)避意外情況的發(fā)生。

6? 視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)也十分關(guān)鍵，AGV常利用RFID技術(shù)定位，由于RFID技術(shù)具有快速的讀取識(shí)別速度，但是讀取距離較短，機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)速度相對(duì)較快，黨機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)到具體位置上，讀取到標(biāo)簽，并不能在指定位置停止。僅采用RFID技術(shù)并不能精準(zhǔn)定位，機(jī)器人由于只能直角和轉(zhuǎn)彎，且運(yùn)行速度相對(duì)較快，本設(shè)計(jì)使用靈敏度更高的視覺(jué)導(dǎo)航技術(shù)，根據(jù)編碼標(biāo)志定位，借助于視覺(jué)導(dǎo)航定位。將攝像頭安裝在機(jī)器人前端，攝像頭能夠采集前方路況信息，在行動(dòng)過(guò)程中提前掌握編碼標(biāo)志，讓機(jī)器人可以提前進(jìn)行減速，再經(jīng)過(guò)識(shí)別可以保證位置的精準(zhǔn)度。視覺(jué)系統(tǒng)包括攝像頭以及處理器構(gòu)成，攝像頭負(fù)責(zé)采取路面圖像，經(jīng)過(guò)處理后，轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄎ恍畔?，將信息發(fā)送給上位機(jī)。處理器具備靈活的圖像處理能力，能夠達(dá)到導(dǎo)航的實(shí)時(shí)性要求。使用AI單模塊超級(jí)計(jì)算機(jī)，嵌入機(jī)器人中，能夠提供高級(jí)計(jì)算能力。計(jì)算機(jī)支持軟件庫(kù)，能夠在多種高數(shù)據(jù)密度以及高并行度計(jì)算的場(chǎng)景中應(yīng)用，取得良好的應(yīng)用效果。視覺(jué)系統(tǒng)直接影響到機(jī)器人運(yùn)行穩(wěn)定性和精準(zhǔn)度，優(yōu)化視覺(jué)系統(tǒng)能夠給機(jī)器人精準(zhǔn)運(yùn)行奠定良好的基礎(chǔ)。

7? 結(jié)論

綜上所述，通過(guò)對(duì)AGV智能倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀的分析，認(rèn)識(shí)到AGV擁有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展前景。在物流倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)，需要不斷優(yōu)化AGV機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高其應(yīng)用性能，不斷完善舉升旋轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、360°全方位感應(yīng)防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，滿足社會(huì)生產(chǎn)的需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]范媛，李文鋒，賀利軍.基于改進(jìn)遺傳算法的智能倉(cāng)儲(chǔ)多移動(dòng)機(jī)器人協(xié)同調(diào)度[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（信息與管理工程版），2019，41（03）：293-298，311.

[2]傅雅男，李朝敏.淺談物流視角下的智能倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人的運(yùn)用與改進(jìn)[J].商場(chǎng)現(xiàn)代化，2018（23）：77-78.