β智慧機器人——變壓器自動裝卸車

王玉鵬

【摘 要】近年來，隨著全球互聯網技術的日益成熟，物流行業自動化、智能化技術快速發展。通過倉庫布局改造建設、信息系統的建設及自動化設施設備的投入等，國家電網電力倉庫自動化管理水平在整個物流行業遙遙領先。目前，國網的倉儲自動化研究水平與應用主要集中在庫內自動化搬運、存取方面，但針對自動裝卸車的技術研究較少，尤其是針對重載非標物資的自動裝卸車技術仍處于空白階段。如何在全球AI技術的背景下彌補自動裝卸車領域最后一塊短板是本文的出發點和落腳點。本文“β智慧機器人系統”為基石，結合電力倉庫實際情況，開發研究β智慧機器人，實現全倉庫無人自動化管理。

【關鍵詞】ALMS；人機交互；視覺掃描

一、引言

近年來，隨著機器人技術和人工智能技術的迅猛發展，相關技術普及率越來越高，應用成本越來越低。“當到達某一臨界點時，低效的生產力必然會被更新、更快、更好的技術所替代。”正是基于上述認知，無人超市、無人駕駛、無人機送貨、無人化工廠、無人加油站等各種無人化應用、研發不斷涌現，并成為一種趨勢。以亞馬遜、京東、阿里為代表的行業龍頭企業也紛紛在物流自動化、無人化方面加大投入。

經過多年的積累與發展，電力行業的倉儲自動化水平已取得顯著提升，但配變類物資的裝卸車環節仍大多采用叉車作業方式，作業期間需多人協同配合，且電力配變類物資“大、重、不規則”，手動控制叉車對孔進叉難度大、效率低，極易損壞物資。通過對機器人車體研發與樣機生產、ALMS自動裝卸車管理系統功能開發、人機交互操作終端軟件開發，β智慧機器人可實現從車板到流水線的自動裝卸和搬運，彌補了無人化倉庫在非標重載物資自動裝卸車領域的最后一塊短板，有助于實現倉儲出入庫全流程的無人化作業、數字化管理，對于加速推進國網公司以智慧決策、數字管理、自動作業為特征的現代（智慧）供應鏈建設具有積極意義。

二、業務現狀

國網南京供電公司通過調研電力倉庫運營現狀，主要問題有以下四個方面：一是配變類物資裝卸車作業仍需人工叉車進行輔助配合，未實現真正意義上的全流程自動化作業；二是業務高峰期人工叉車裝卸車作業勞動強度大，難以滿足日益新增的業務量需求，且疲勞駕駛易導致安全隱患；三是傳統手動控制叉車對孔的作業方式難度較大，容易損壞物資；四是傳統人工叉車作業方式效率低，人工成本高。

三、功能介紹

β智慧機器人是針對國網公司配變類物資搬運需求的特點研發的，能夠提高出入庫作業效率及安全性，節約人力成本，促進倉儲數字化、智能化建設，具有較高的獨特性。β智慧機器人利用ALMS自動裝卸車管理系統，配合人機交互操作終端、視覺掃描系統和機器人作業系統，實現配變類物資的自動裝卸和搬運。各子系統可在無線網絡全覆蓋情景下相互配合，協調完成裝卸、搬運作業任務。

ALMS自動裝卸車管理系統是一個綜合性調度系統，包括基礎設置模塊、智能視覺識別模塊、作業任務管理模塊和子系統接口模塊四部分，可與人機交互操作終端配合，完成對視覺掃描系統和機器人作業系統的任務調度，智能識別物資裝卸位置坐標，自動生成機器人裝卸車任務，對自動裝卸車全過程進行監控、管理。

人機交互操作終端是啟動變壓器自動裝卸車作業的人員操作終端。通過掃描作業單據二維碼，從系統后臺自動調取相應物資信息后，自動呼叫視覺掃描系統完成智能視覺識別，并一鍵啟動自動化裝卸車作業。對機器人自動化作業全過程進行實時監控，并可在緊急狀態下，暫停或中止自動化裝卸車作業。

視覺掃描系統由視覺掃描設備和自動行走機構兩部分構成，支持20m*3m范圍內的自動運行與定位視覺掃描，可將掃描像素為0.73mm-2mm/像素的完整灰度圖存儲在工控機中。

機器人作業系統由機器人調度系統、配變自動裝卸車機器人、機器人自動充電系統、激光反射板四部分組成，接收ALMS自動裝卸車管理系統的任務指令，可實現作業任務自動排序、多車作業任務調度、智能路線規劃、自動避障、智能視覺進叉定位識別、自動裝卸車、自動搬運、自動充電。

目前，β智慧機器人在自動裝卸領域中占國際領先地位，其功能具有新穎性、獨特性、先進性。主要體現以下四方面：

1.裝載位置坐標自動計算

β智慧機器人憑借系統內置的坐標位置算法與不同作業場景下的深度學習調整功能，能夠在識別并辨認車輛裝載區域圖像中的信息后，實現裝載位置坐標的自動、準確計算。

2.一鍵啟動全程無人化作業

供應商根據配送專責下發的出入庫計劃，對物資補庫或出庫。車輛到達倉庫后，駕駛員將車輛停靠在指定區域，掃碼一鍵啟動全作業流程。β智慧機器人根據車輛停靠的位置自動掃描識別物資，根據系統下發裝卸搬運物資的任務指令，插取物資，整個作業流程實現全程無人作業。

3.裝卸位置坐標智能識別

自動獲取視覺掃描系統生成的圖像，通過faster-rcnn智能視覺識別自學習算法完成車輛停靠位置超線識別預警、物資數量識別、車輛與物資擺放角度識別、物資裝卸位置坐標識別。

4. 裝卸叉孔位置精準識別

自動根據任務指令中的物資信息提前完成貨叉高度、貨叉間距的預調整。在機器人進叉前，通過智能視覺識別對貨叉位置進行二次校準，并可自動根據不同貨物尺寸調整進叉距離，確保安全、準確進叉。

β智慧機器人填補了非標、重載、無托盤類物資自動裝卸車領域的技術空白，相關智能視覺識別、自動控制技術在國際上處于領先地位。β智慧機器人的研發改變了傳統電力倉庫變壓器人工叉車裝卸作業方式，提升了電力物資裝卸作業的效率、安全性及無人化作業水平。

四、結語

通過研發“β智慧機器人”并投入使用，能夠幫助國網電力倉庫進一步提高運作效率及服務質量：一是提升倉庫自動化水平，提高物資裝卸搬運效率。β智慧機器人能夠實現配變類物資裝卸搬運的全自動化作業，效率較傳統人工叉車作業方式有較大幅度的提升；二是節約人力成本，提高裝卸作業安全性。β智慧機器人全無人化作業，能夠節約3-4名現場作業人員，減少安全隱患，降低安全事故發生幾率；三是提高作業精準，減少物資損壞。β智慧機器人采用的裝卸叉孔位置精準識別技術，能夠確保安全、準確叉車，提高作業精準度，減少物資損壞。β智慧機器人實現了從車板到流水線的自動裝卸和搬運，填補了無人化倉庫在非標重載物資自動裝卸車領域的技術空白，推動了國網倉儲全流程無人自動化作業，為國網公司智慧型供應鏈體系建設奠定堅實的基礎。

【參考文獻】

[1] 王鵬飛，孫立寧，黃博.《地面移動機器人系統的研究現狀與關鍵技術》[J].機械設計，2006.7，23（4）：1-3

[2] 張玉華，趙杰，張亮，齊立哲，蔡鶴皋.《新型模塊化可重構機器人系統》[J].機械工程學報，2006.5，42：175-178

[3] 張勇波.《自動引導小車路徑跟蹤策略的研究》[J].武漢理工大學出版社.2014.8：78-99

[4] 潘群.《信息技術在現代物流中運用的探討》[D].中國人名大學出版社.2011.3：33-37

[5] 陳順平，梅德慶，陳了辰.《激光引AGV的自動導引系統設計》[J].工程設計學報.2003，20（3）：87-89

[6] 王宏偉.昊建設.《基于VC++6.0的串行通信設計與實現》[D].計算機應用，2003，19（2）：16-19

[7] 羅璟，趙克定，袁銳波.《機器人的控制策略探討》[J].硅谷.2010（02）：23-26