基于工業(yè)機(jī)器人的智能倉儲系統(tǒng)的設(shè)計

楊 歡

（常州劉國鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 常州 213025）

0 引言

隨著我國電商行業(yè)的繁榮，物流快遞行業(yè)飛速發(fā)展，一舉成為商業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈底層重要的基礎(chǔ)設(shè)施，躋身我國新經(jīng)濟(jì)的代表產(chǎn)業(yè)之一。截至2021年3月24日，我國快遞業(yè)務(wù)量已突破200億件，用時僅83d，預(yù)計2021年全國快遞業(yè)務(wù)量將超過950億件[1]。單功能大型的倉庫已經(jīng)無法滿足當(dāng)前需求，具備高度信息化、數(shù)字化、自動化的的智能倉儲系統(tǒng)[2]才是未來的發(fā)展趨勢。本文提出了一種基于工業(yè)機(jī)器人的智能倉儲系統(tǒng)，可以自主完成貨物的入庫和出庫操作，具有規(guī)模小、成本低、用途廣、存取效率較高等特點。

1 倉儲系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設(shè)計

綜合智能倉儲系統(tǒng)的功能性要求，倉庫系統(tǒng)的硬件主要包括工業(yè)機(jī)器人本體、貨架、出庫和入庫傳送帶、二維碼識別器、人機(jī)交互界面[3]。機(jī)器人本體用于執(zhí)行貨物的出庫和入庫作業(yè)；貨架的作用在于存放貨物，由于執(zhí)行出入庫作業(yè)的是工業(yè)機(jī)器人，本文基于工業(yè)機(jī)器人的工作空間特征，貨架以工業(yè)機(jī)器人基坐標(biāo)系坐標(biāo)Z方向為軸環(huán)形布置，如此可以最大限度的利用工業(yè)機(jī)器人的工作空間；出入庫傳送帶設(shè)置在倉庫的出入口，作為倉庫與外界進(jìn)行貨物交互的主要通道；二維碼識別器安裝在入庫傳送帶入口端，在入庫操作前完成貨物種類的識別，并傳送給機(jī)器人；人機(jī)交互界面設(shè)置在倉庫外側(cè)，出入庫傳送帶旁邊，主要用于顯示倉庫庫存、倉庫空位以及出庫作業(yè)提交等功能。本文利用工業(yè)機(jī)器人離線仿真軟件Robotstudio完成了倉儲系統(tǒng)工作鉆的硬件搭建，硬件具體布置示意圖見圖1所示。

2 倉儲系統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 智能倉儲的控制要求及系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)主要需要存儲倉庫每個貨架上的狀態(tài)，以及存放的貨物信息，并通過人機(jī)交互界面，隨時供相關(guān)人員查看。當(dāng)有入庫請求時，可以快速的找到空位，并控制機(jī)器人本體完成入庫作業(yè)。當(dāng)有出庫請求時，可以快速的尋找到目標(biāo)貨物的存放位置，并控制機(jī)器人本體完成貨物的出庫作業(yè)?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 硬件布置示意圖

圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 智能倉儲的功能實現(xiàn)

控制系統(tǒng)需要存儲貨架的當(dāng)前狀態(tài)，是否已經(jīng)存放貨物，同時還需要存儲貨物的種類信息。這兩類信息需要的數(shù)據(jù)類型不一致。通過創(chuàng)建結(jié)構(gòu)體shelf_info即可解決。創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)體由一個bool型變量命名為“flag”和一個string型變量命名為“name”組成。利用結(jié)構(gòu)體中的布爾量“flag”存儲貨架的當(dāng)前是否存儲貨物，利用其中變量“name”存儲當(dāng)前貨架上存儲的貨物名稱。如此，系統(tǒng)在進(jìn)行入庫時的空位檢索只需要判斷每個貨架的“flag”是否為true即可判斷空位情況，出庫時的貨物檢索只需要對目標(biāo)貨物名稱和每個貨架的“name”進(jìn)行對比即可。同時，如果后期需要存儲貨物的更多信息，只需要擴(kuò)展結(jié)構(gòu)體中的數(shù)據(jù)即可。

出入庫作業(yè)時間相對較長，而出庫和入庫請求時間相對較短。為了提高倉儲系統(tǒng)出入庫的效率，利用外部信號中斷接收出入庫請求。如此就可以在機(jī)器人執(zhí)行出入庫作業(yè)過程中接收新的出入庫請求。為了能夠讓機(jī)器人按照出入庫請求的先后順序依次完成，建立隊列。所有的出入庫請求可以按照請求的先后順序依次記錄在數(shù)組queue_demand{99}里面,當(dāng)有新的的出入庫請求發(fā)出之后，機(jī)器人將其依次存入數(shù)組queue_demand{99}，機(jī)器人每次提取的出入庫請求數(shù)據(jù)為最前數(shù)據(jù)queue_demand{1}，然后將該數(shù)組后續(xù)的內(nèi)容依次向前移動一位。系統(tǒng)控制流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)控制流程圖

2.3 人機(jī)交互界面設(shè)計

人機(jī)界面是智能倉儲和外界管理者之間進(jìn)行交互的媒介[4]，主要需要實現(xiàn)的功能有：對外顯示倉儲的當(dāng)前狀態(tài)，包括貨架的空位情況、貨物的存儲情況以及是否需要維護(hù)信息；對內(nèi)需要實現(xiàn)出入庫請求的輸入，然后通知機(jī)器人控制系統(tǒng)以進(jìn)行后續(xù)的操作。

人機(jī)界面可以采用觸摸屏作為實施硬件，同時也可以做成軟件應(yīng)用安裝在移動終端，方便遠(yuǎn)程監(jiān)管和操作。本文選擇維綸觸摸屏作為終端，主要操作界面如圖4所示。

圖4 主要人機(jī)界面設(shè)計

3 結(jié)語

本文提出的基于工業(yè)機(jī)器人的智能倉儲系統(tǒng)，采用環(huán)形貨倉設(shè)計，充分利用了工業(yè)機(jī)器人的工作空間，提高了貨物存儲密度。無需專人看護(hù)，由機(jī)器人實現(xiàn)出入庫作業(yè)的執(zhí)行操作，同時利用結(jié)構(gòu)體存儲對應(yīng)貨架上的貨物信息，提高了出入庫的效率。