工業(yè)機(jī)器人在物流倉(cāng)庫(kù)揀貨的應(yīng)用

張洪慶

（深圳市海達(dá)威工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備有限公司，廣東深圳 518000）

我國(guó)物流行業(yè)崛起不過(guò)二三十年的時(shí)間，發(fā)展時(shí)間短但發(fā)展迅速，屬于勞動(dòng)力十分密集的行業(yè)之一，且自動(dòng)化程度較低。物流行業(yè)所需的工作場(chǎng)景與流程多，且物流場(chǎng)景對(duì)機(jī)器自動(dòng)化的成本十分敏感，從而使中小型的物流企業(yè)難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工作。隨著我國(guó)人口紅利的消失，勞動(dòng)力成本升高，大部分企業(yè)開(kāi)始引入自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用于各項(xiàng)物流工作當(dāng)中，從而拉動(dòng)了國(guó)內(nèi)自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備公司的發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人在物流行業(yè)的應(yīng)用其實(shí)在物流行業(yè)的發(fā)展早期就開(kāi)始投入，但是卻在經(jīng)濟(jì)情況的限制之下難以發(fā)展，如今隨著政策對(duì)技術(shù)創(chuàng)新的支持以及各資本的投入，工業(yè)機(jī)器人在物流行業(yè)發(fā)展迅速，逐漸在物流作業(yè)過(guò)程當(dāng)中成為主要生產(chǎn)力。目前，工業(yè)機(jī)器人在物流行業(yè)中的應(yīng)用是研究發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展，高速增長(zhǎng)的物流需求對(duì)物流工作效率提出了更高的要求，其中物流工作中的倉(cāng)庫(kù)揀貨是主要工作環(huán)境之一，對(duì)提高物流工作效率有著重要影響。當(dāng)前，工業(yè)機(jī)器人已廣泛應(yīng)用在物流倉(cāng)庫(kù)揀貨的工作環(huán)境當(dāng)中，對(duì)物流快件進(jìn)行核對(duì)與分類(lèi)，準(zhǔn)確分揀與運(yùn)輸，提高工作的分揀準(zhǔn)確率與效率。

1 工業(yè)機(jī)器人概述

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已投用在各個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中。工業(yè)機(jī)器人最早于20世紀(jì)50年代末便開(kāi)始在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中投入使用，主要用于重復(fù)且毫無(wú)疑義的流程性作業(yè)。而如今在人工智能等技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展之下，使具有一定感知功能的機(jī)器人逐漸投入工業(yè)生產(chǎn)中，視覺(jué)和觸覺(jué)等能讓機(jī)器人更加靈敏地操作，并且可應(yīng)對(duì)部分精細(xì)化的工作生產(chǎn)。信息技術(shù)的發(fā)展使工業(yè)機(jī)器人能夠在系統(tǒng)編程下具有自主學(xué)習(xí)的能力，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)機(jī)器人的共同協(xié)作。

工業(yè)機(jī)器人的傳統(tǒng)定義中認(rèn)為是自動(dòng)控制的、可經(jīng)過(guò)編程的、擁有許多運(yùn)動(dòng)軸的自動(dòng)化裝備，多用于高速度、高精度的工業(yè)流程。當(dāng)前最為常用的工業(yè)機(jī)器人主要為關(guān)節(jié)型機(jī)器人、SCARA 機(jī)器人和Delta機(jī)器人等，它們可在不同的編程之下表現(xiàn)出自主性。有些只關(guān)注于重復(fù)性的工作，而有些能夠從操作對(duì)象上執(zhí)行靈活、精細(xì)的任務(wù)。工業(yè)機(jī)器人在執(zhí)行工作任務(wù)的過(guò)程當(dāng)中，重復(fù)性為重要衡量標(biāo)準(zhǔn)之一，而如今對(duì)于機(jī)器人工作的準(zhǔn)確性和精確性有了更高的要求，在運(yùn)動(dòng)控制、工作空間、自由度等參數(shù)上對(duì)工業(yè)機(jī)器人的工作進(jìn)行調(diào)整。近年來(lái)，工業(yè)機(jī)器人在我國(guó)國(guó)內(nèi)的應(yīng)用發(fā)展迅速，成為世界第一大機(jī)器人市場(chǎng)，并應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)中，推動(dòng)了我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化發(fā)展。

2 國(guó)內(nèi)物流行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

物流，主要包括了對(duì)貨品的運(yùn)輸、儲(chǔ)存、裝卸、搬運(yùn)和包裝等，可認(rèn)為是對(duì)物品的處理流水線(xiàn)，最早來(lái)源于美國(guó)。隨著我國(guó)社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)體系的逐漸建成，在世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展之下，我國(guó)的物流行業(yè)快速發(fā)展，逐漸成為影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)點(diǎn)之一。目前國(guó)內(nèi)物流行業(yè)已引進(jìn)了現(xiàn)代物流發(fā)展理念、先進(jìn)物流技術(shù)以及現(xiàn)代化的物流運(yùn)行模式，推動(dòng)著物流行業(yè)快速發(fā)展。但同時(shí)，發(fā)展機(jī)遇之下還隱藏著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的挑戰(zhàn)。社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)使物流行業(yè)爆發(fā)式地在國(guó)內(nèi)發(fā)展，為了更好地滿(mǎn)足客戶(hù)要求，要在物流行業(yè)市場(chǎng)中占得一席之地，就必須提高物流工作效率，并降低成本。目前我國(guó)物流行業(yè)成本偏高，主要在于需要眾多的勞動(dòng)力，而勞動(dòng)力在人口紅利的逐漸消失之下成本不斷提升。不僅如此，我國(guó)物流揀貨、配送的效率較低，人口應(yīng)用成本較大，使部分物流企業(yè)難以投入成本引入自動(dòng)化的工業(yè)機(jī)器人，導(dǎo)致陷入惡性發(fā)展中。工業(yè)機(jī)器人在物流行業(yè)的引入不僅能夠降低工作成本，還能夠提升工作效率，改善物流企業(yè)的發(fā)展結(jié)構(gòu)，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

3 物流行業(yè)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展

3.1 工業(yè)機(jī)器人在物流行業(yè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

國(guó)內(nèi)對(duì)于工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用與生產(chǎn)在現(xiàn)代化發(fā)展的背景之下迅速發(fā)展，潛力巨大，與機(jī)器人相關(guān)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展均受到政府的高度重視。在物流行業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人可應(yīng)用與各種重要物流環(huán)節(jié)當(dāng)中，主要包括了倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸和配送3個(gè)方面。工業(yè)機(jī)器人對(duì)物流行業(yè)的自動(dòng)化發(fā)展必不可少，工業(yè)機(jī)器人可為物流企業(yè)降低人工成本、使物流行業(yè)的工作結(jié)構(gòu)從人力密集轉(zhuǎn)向機(jī)器自動(dòng)。減少人員的現(xiàn)場(chǎng)操作，在使用方法上簡(jiǎn)便迅速，能夠極大程度地改變物流行業(yè)的發(fā)展方向以及工作理念。工業(yè)機(jī)器人在物流行業(yè)中可充分利用工作環(huán)境，工作人員可通過(guò)遠(yuǎn)程控制和信息分析等手段對(duì)工業(yè)機(jī)器人在工作流程中的工作情況進(jìn)行控制與檢查，提升物流工作管理效率，同時(shí)使工作環(huán)境保持有序整潔的狀態(tài)。不僅如此，工業(yè)機(jī)器人還能夠在物流工作的特殊環(huán)境中進(jìn)行工作，在移動(dòng)和行駛的過(guò)程中能夠自動(dòng)識(shí)別路線(xiàn)、判斷路況，避免人為工作出現(xiàn)的差錯(cuò)，提升物流工作的安全性。在未來(lái)的物流行業(yè)中必定會(huì)有更多的工業(yè)機(jī)器人投入，在促進(jìn)物流行業(yè)發(fā)展的同時(shí)推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展。

3.2 國(guó)內(nèi)外物流行業(yè)中工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展

我國(guó)工業(yè)機(jī)器人在物流行業(yè)的引入相比于國(guó)外較晚，多以搬運(yùn)、碼垛、拆垛和分揀為主。國(guó)外較早便注重對(duì)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，掌握了世界頂級(jí)的核心生產(chǎn)技術(shù)，并充分應(yīng)用在物流行業(yè)中。例如Amazon 在2012年便實(shí)現(xiàn)了物流工作生產(chǎn)過(guò)程的大規(guī)模、自動(dòng)化，引入大量的物流機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)“貨到人”的工作模式。當(dāng)前，美國(guó)的眾多工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人在物流過(guò)程中，完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)智能倉(cāng)庫(kù)的建立。我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)相比于美國(guó)較為落后，但是具有較大的發(fā)展空間。隨著工業(yè)機(jī)器人硬件組成部分的發(fā)展升級(jí)以及各種編程算法和技術(shù)的不斷創(chuàng)新優(yōu)化，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人在物流行業(yè)朝向工作流程的細(xì)化發(fā)展。在激烈的市場(chǎng)當(dāng)中不斷對(duì)物流工作進(jìn)行細(xì)分，嘗試新的應(yīng)用發(fā)展模式，探索自己的發(fā)展路徑。目前在物流行業(yè)中工業(yè)機(jī)器人大致可分為機(jī)械臂、協(xié)作移動(dòng)機(jī)器人等，此兩項(xiàng)工業(yè)機(jī)器人如今是增長(zhǎng)最快的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著科技的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人在物流行業(yè)中的發(fā)展應(yīng)用越來(lái)越重要，在包裝分揀、裝卸搬運(yùn)、送貨等作業(yè)中均有應(yīng)用，已成為企業(yè)間相互競(jìng)爭(zhēng)和未來(lái)發(fā)展的重要影響因素。毫無(wú)疑問(wèn)，工業(yè)機(jī)器人在物流行業(yè)中的應(yīng)用對(duì)開(kāi)發(fā)物流生產(chǎn)力有著重要意義，可有效、迅速地服務(wù)物流工作流程，促進(jìn)行業(yè)發(fā)展。

4 工業(yè)機(jī)器人在物流倉(cāng)庫(kù)揀貨的應(yīng)用現(xiàn)狀

物流倉(cāng)庫(kù)揀貨的工作環(huán)境結(jié)構(gòu)性較強(qiáng)且重復(fù)性高，工業(yè)機(jī)器人的充分應(yīng)用能夠有效提高工作效率。我國(guó)工業(yè)機(jī)器人在物流倉(cāng)庫(kù)揀貨系統(tǒng)的研究較晚，從而導(dǎo)致在該系統(tǒng)中的應(yīng)用也較晚。然而，在國(guó)家的大力支持之下，物流機(jī)器人的研究生產(chǎn)企業(yè)得到了快速發(fā)展，不斷創(chuàng)新出新的技術(shù)與產(chǎn)品，大力投入物流行業(yè)中。目前，工業(yè)機(jī)器人在物流倉(cāng)庫(kù)揀貨系統(tǒng)中的應(yīng)用面臨著快速性和穩(wěn)定性等方面的挑戰(zhàn)，工業(yè)機(jī)器人在工作過(guò)程中受到視覺(jué)環(huán)境的影響，從而降低了工作效率。不僅如此，在揀貨工作當(dāng)中，對(duì)貨品的識(shí)別有著較高的要求，環(huán)境復(fù)雜，一旦目標(biāo)物體受到擠壓或者物體位置發(fā)生變化，便會(huì)引起識(shí)別偏差，影響工作。因此，工業(yè)機(jī)器人需擁有較強(qiáng)的視覺(jué)識(shí)別能力，才能夠?qū)ω浧愤M(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別，從而進(jìn)行揀貨工作。

4.1 工業(yè)機(jī)器人對(duì)貨物的信息提取

在物流倉(cāng)庫(kù)的揀貨工作當(dāng)中，需要對(duì)貨物進(jìn)行入庫(kù)前的分揀與運(yùn)輸，將不同屬性的貨物進(jìn)行分類(lèi)處理。在這一過(guò)程中，首先需對(duì)物流信息進(jìn)行提取。工業(yè)機(jī)器人對(duì)物流信息的提取依賴(lài)于視覺(jué)識(shí)別技術(shù)，對(duì)貨物的顏色、形狀、大小以及貨物單上的信息進(jìn)行捕捉與識(shí)別。電子標(biāo)簽可采用RFID 技術(shù)利用無(wú)線(xiàn)射頻的方式在閱讀器和射頻卡之間進(jìn)行非接觸式的雙向數(shù)據(jù)傳輸，從而達(dá)到目標(biāo)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換的目的。電子標(biāo)簽相比于傳統(tǒng)形式的標(biāo)簽讀寫(xiě)速度更快，能夠隨時(shí)更新，工作效率高。

4.2 工業(yè)機(jī)器人的揀選工作

對(duì)貨物信息進(jìn)行提取和識(shí)別之后可采用滑塊式分揀和交叉帶式分揀來(lái)進(jìn)行分揀工作。在滑塊式分揀當(dāng)中，對(duì)貨物在滑帶上的放置沒(méi)有特殊要求，可進(jìn)行平穩(wěn)分類(lèi)，并且在單側(cè)或者雙側(cè)分流的過(guò)程當(dāng)中貨物所受的沖擊較小，可用于對(duì)易翻倒和易碎物品進(jìn)行分揀。不僅如此，滑塊式分揀作業(yè)前端的分揀命令輸入方式簡(jiǎn)單、快捷且多樣，準(zhǔn)確度高，揀貨效率高。如圖1所示。

圖1 滑塊式分揀作業(yè)前端示意圖

在交叉帶式揀貨操作當(dāng)中主要由主驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)和載有小型帶式輸送機(jī)的臺(tái)車(chē)相連接，其中帶式輸送機(jī)和小車(chē)上的帶式輸送機(jī)呈交叉狀。當(dāng)小車(chē)移動(dòng)到所規(guī)定的分揀位置時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)皮帶，便能夠完成將商品分揀送出的任務(wù)。

4.3 機(jī)械手的搬運(yùn)

工業(yè)機(jī)器人在物流倉(cāng)庫(kù)揀貨工作中應(yīng)用最為廣泛的便是機(jī)械手（圖2），機(jī)械手中的軸動(dòng)裝置能夠使其滿(mǎn)足工作運(yùn)行的靈活性需求，是目前能夠替代人力貨物轉(zhuǎn)移搬運(yùn)的最先進(jìn)的設(shè)備，能夠有效避免事故發(fā)生。機(jī)械手在揀貨中主要用于對(duì)貨物的轉(zhuǎn)移和搬運(yùn)，能夠適應(yīng)較多的復(fù)雜環(huán)境，影響因素較小，并且工作廣度和寬度較大，能夠完成一些高危工作，極大地提高了勞動(dòng)效率，減少勞動(dòng)失誤。在對(duì)機(jī)械手的操作當(dāng)中，可根據(jù)貨物的特征信息向機(jī)械手發(fā)送指令，當(dāng)貨物到達(dá)機(jī)械手的工作范圍內(nèi)便能夠從傳送帶上獲取待分揀的物件或者分揀完待轉(zhuǎn)移運(yùn)輸?shù)奈锛Ａ硗?，相?duì)于人工對(duì)貨物進(jìn)行操作，人工會(huì)因?yàn)樯眢w疲憊或者是情緒影響而在轉(zhuǎn)移運(yùn)輸過(guò)程當(dāng)中出現(xiàn)差錯(cuò)，但是機(jī)械手的工作重復(fù)性高，能夠重復(fù)按照輸入命令有效進(jìn)行工作。當(dāng)檢測(cè)到貨物信息出現(xiàn)差錯(cuò)時(shí)，也可使用機(jī)械手將貨物返回傳送帶，重新進(jìn)行識(shí)別檢測(cè)工作。在進(jìn)行信息識(shí)別和分揀的過(guò)程之后，經(jīng)傳感器檢測(cè)到貨物，便可進(jìn)行分裝入庫(kù)操作。在分裝入庫(kù)的過(guò)程當(dāng)中也需充分利用機(jī)械手的操作，同時(shí)利用傳感器來(lái)檢測(cè)貨架位置。在入庫(kù)時(shí)需注意將貨物放在空貨架上，因此需工業(yè)機(jī)器人對(duì)空貨架位置進(jìn)行識(shí)別，并由機(jī)械手按照貨物的屬性分類(lèi)放置到指定位置上，保證揀貨工作的準(zhǔn)確性。如圖2所示。

圖2 工業(yè)機(jī)械手

5 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)機(jī)器人在我國(guó)物流行業(yè)中的發(fā)展還存在較大的發(fā)展空間以及技術(shù)提開(kāi)空間。目前自動(dòng)化的工作方式正在我國(guó)物流行業(yè)中大范圍發(fā)展，物流倉(cāng)庫(kù)揀貨工作作為物流行業(yè)中的重要工作流程之一，過(guò)去常由人工進(jìn)行操作，工作效率低下，且可靠性低。工業(yè)機(jī)器人可應(yīng)用于物流倉(cāng)庫(kù)揀貨中對(duì)貨物的識(shí)別、分揀和移動(dòng)運(yùn)輸?shù)攘鞒?，不僅重復(fù)性高、準(zhǔn)確率高，且使用成本較低，工作效率高，有利于提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)物流行業(yè)的發(fā)展。