专业知识
智慧仓储涉及的装备技术

、收货上架环节智慧技术
(1)自然导航无人AGV
托盘搬运作业是将整托盘货物从运输车辆上搬运至收货区等待质检入库。目前,自动化解决方案采用激光或惯性导航的无人AGV实现托盘搬运作业。这些无人AGV通常在某个固定的区域内,人为地设置好反光板、磁钉等标记物或反射器,工作环境固定,工作状态稳定,是目前最为成熟、完善的仓储自动化解决方案。优为智造在传统激光导航AGV基础上,致力于研发SLAM(同时定位与地图创建)技术实现无人AGV的自然导航,不需要安装标记或反射器,只需让装有环境感知传感器的无人AGV在未知环境中从某一位置出发,根据其移动过程中内部与外部传感器获取的感知信息进行自定位,同时逐渐建立一个连续的环境地图,然后在此地图的基础上可以实现无人叉车的精确定位与路径规划,完成导航任务。自然导航无人AGV具有安装时间短、投入成本低、自由创建新路径等特点,是优为智造下一代智能无人AGV的研发方向。
(2)智能拆垛机械手
拆垛作业是将转运托盘上码放的货物一箱箱搬运到输送线上。传统自动化解决方案是采用工业机器人手臂抓取或吸取完成,由于工业机器人手臂作业控制依据的是计算机系统数据库中存储的箱型尺寸和码垛规则,而不在线识别现场作业对象,因此只能实现从同一托盘中取出相同规格的箱子,当面临成千上万种货物箱型时数据库的维护是一个非常繁重的任务。电商公司收到的同一托盘上的货物箱型大小不一,且码垛无固定规则,传统工业机器人手臂难以操作。智能拆垛机械手借助3D视觉和深度学习算法,实现工业机器人手臂作业的自我训练、自我校正,无须箱型和垛型的数据库维护。工业机器人通过3D深度摄像头识别顶层货物轮廓,当首次拾起一个箱子时,它就建立起了一个关于箱子外形的模型,并基于这个模型加快对下一个箱子的识别。
、存储环节智慧技术
在传统集中式作业过程中,同一品规的货物以托盘为单元大批量进出仓库,存储环节最常用的自动化解决方案是自动化立体仓库(Autonomous Vehicles Storage and Retrieval System,AVS/RS),货物以托盘为单位存储在高位货架上,通过堆垛机完成托盘出入库作业。而在碎片式作业过程中,为便于后期海量品项、成千上万订单行的拆零拣选,货物更多以料箱方式进行存储,借助智能调度算法指挥小车群体完成货物出入库作业。
(1)KIVA机器人系统
KIVA机器人系统由成百上千个举升搬运货架单元的机器小车组成。货物开箱后放置在货架单元上,通过货架单元底部的条码将货物与货架单元信息绑定,仓库地面布置条码网格,机器小车应用两台摄像机分别读取地面条码和货架单元底部的条码,在编码器、加速计和陀螺仪等传感器的配合下完成货物搬运导航。此外,机器小车不支持移动与转向同步,转向时需要固定在原地位置进行。该系统的核心是控制小车的集中式多智能体调度算法。
(2)自动穿梭车仓库系统
KIVA机器人系统受货架单元的高度限制,仅能实现货物在平面空间上的存储,而自动穿梭车仓库系统则采用立体料箱式货架,实现了货物在仓库内立体空间的存储。入库前,货物经开箱后存入料箱,通过货架巷道前端的提升机将料箱送至某一层,然后由该层内的穿梭小车将货物存放至指定的货格内。当货物出库时,通过穿梭车与提升机的配合实现完成。该系统的核心是通过货位分配优化算法和小车调度算法的设计,均衡各巷道之间以及单个巷道内各层之间的任务量,提高设备间并行工作时间,发挥设备的最大工作效率。
(3)细胞单元系统
KIVA机器人系统中的自动导引小车实现地面搬运,自动穿梭车仓库系统中的穿梭车实现货架轨道上的搬运,新型细胞单元系统则是以上两种技术的融合。
当细胞单元小车在货架或提升机上时,按照传统自动穿梭车的工作方式在轨道上运动;当离开货架到达地面时,可以切换至自动导引小车的工作方式在地面运行。在地面上的导航方式不同于KIVA机器人系统,采用的是基于无线传感网测距、激光测距仪测量和推测航行法的传感器融合技术,无线传感网实现信息通以及全局定位,而激光测距仪测量和推测航行法实现位置跟踪和定位精度校正,相比KIVA机器人系统地面标签配合惯性导航的方式更加灵活。细胞单元系统将立体货架存储空间与地面平面存储空间无缝链接在一起,代表了可扩展、高柔性化的小车群体技术的未来发展方向。
三、拣选环节智慧技术
(1)AR辅助拣选技术
传统的人工拣选解决方案采用手持RF(Radio Frequency,无线射频)拣选、电子标签拣选(Pick to Light)或语言拣选(Voice Directed Picking)方式。拣货人员根据货架上的指示灯或者手持RF以及穿戴设备中的提示,拣取货架中的货物。传统的人工拣选方式虽然作业准确率提高,但是要求拣货人员熟悉库房的布局。通过虚拟增强现实技术(Augmented Reality,AR)将真实世界和虚拟世界的信息进行“无缝”集成,通过AR眼镜自动识别库房环境,定位待拣货物位置,并自动规划拣选路径,建立线路导航,指引作业人员以最短的时间到达目标拣选货位,通过AR眼镜自动扫描货物条码,指导作业人员准确获取商品,解放双手,可大幅提高拣选作业效率。
(2)阵列式自动拣选技术
传统的自动化拣选设备是以A字架系统为代表的通道式拣选机,同一品项货物被整齐叠放在立式通道内,借助通道底部的弹射机构将货物拣选至输送线上,由于拣选通道沿输送线平行排列,单一货物品项分拣占地面积大,且设备成本较高,主要适用于拣选量大且集中于有限品项的配送中心,当面对拣选量大且涉及品项多的订单处理任务时,常因空间布局和设备成本限制而无法使用。为此阵列式自动拣选机设计研发并得到成功应用。阵列式自动拣选系统(Matrix AutomatedOrder Picking System,MAOPS)是一类由大量水平倾斜式拣选通道在空间中排列组合而成的新型自动化拆零拣选系统。所有拣选通道以一定倾角在设备上安装,通道底部装有流利条,货物放置在流利条上,在重力作用下滑向通道前端。在每个拣选通道的前端装有一个弹出机构,弹出机构每动作一次,都会将通道最前端的单件货物拣出,拣出货物沿挡板下滑至输送线上,通道内剩余货物在重力作用下不断补充到弹出机构上,保证货物拣选的连续性。通道宽度可在一定范围内调整,以适应不同的货物尺寸,但每个通道内仅放相同品项的货物,拣选量大的货物可同时存储在多个拣选通道内。相同长度输送线对应的拣选通道数量约是A字架系统的5~7倍,而设备成本仅为A字架系统的1/10~1/5。
(3)Delta机械手拣选技术
阵列式拣选技术主要适用于包装标准的盒装品拣选,无法满足袋装、瓶装等其他货物包装类型的拣选需求。瑞典Reymond Clavel教授在20世纪80年代提出Delta并联机器人,其机械手的驱动电动机被设计在机架上,从动臂可以做成轻杆,因此末端可以获得很高的速度和加速度,特别适合轻型货物的高速分拣操作型。基于摄像机和计算机来模拟人的视觉功能,Delta机械手能够实现动态拣选,并且机械手可以根据产品的不同尺寸和种类更换拾取器,因而适用的包装类型可以多种多样。此外,为了保证抓取的准确性,Delta机械手需要借助人工智能技术训练同种商品在不同姿态下的识别准确率。
四、集货发货环节智慧技术
在发货区内根据送货线路不同划分不同区块,集货分拣作业是将拣选完成的订单放置在对应送货线路的区块内。传统的自动化解决方案多采用基于斜轮分流器、滑块分拣机或交叉带机的自动化分拣线,分拣线仅能解决订单按照送货线路分类集中,但无法实现订单按照送货线路的固定顺序排列,只有等到装车发货时,由发货人员根据送货线路由远及近的客户顺序,将相应的订单货物依次挑出,装入车厢内,这严重影响装车效率。
智能发货分拣系统采用自动穿梭车技术,拣选完成的订单存储在立体货架内,穿梭车的存取货又可根据箱型尺寸进行货叉间距调整,因而可以适用于不同尺寸的货物和不同类型的包装。当接到发货装车指令,订单货物会根据送货线路由远及近的客户顺序依次从货架中取出,通过输送线送至装车区域,若配合伸缩带机,可实现直接装车,减少了中间二次搬运环节,可大幅改善装车效率。此外,由于订单在发货区货架内进行立体存储,相比传统发货区的地面平面存储方式,空间利用率得到显著提高。

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