基于工業機器人的智能倉儲系統的設計

楊 歡

（常州劉國鈞高等職業技術學校，江蘇 常州 213025）

0 引言

隨著我國電商行業的繁榮，物流快遞行業飛速發展，一舉成為商業產業鏈底層重要的基礎設施，躋身我國新經濟的代表產業之一。截至2021年3月24日，我國快遞業務量已突破200億件，用時僅83d，預計2021年全國快遞業務量將超過950億件[1]。單功能大型的倉庫已經無法滿足當前需求，具備高度信息化、數字化、自動化的的智能倉儲系統[2]才是未來的發展趨勢。本文提出了一種基于工業機器人的智能倉儲系統，可以自主完成貨物的入庫和出庫操作，具有規模小、成本低、用途廣、存取效率較高等特點。

1 倉儲系統硬件系統設計

綜合智能倉儲系統的功能性要求，倉庫系統的硬件主要包括工業機器人本體、貨架、出庫和入庫傳送帶、二維碼識別器、人機交互界面[3]。機器人本體用于執行貨物的出庫和入庫作業；貨架的作用在于存放貨物，由于執行出入庫作業的是工業機器人，本文基于工業機器人的工作空間特征，貨架以工業機器人基坐標系坐標Z方向為軸環形布置，如此可以最大限度的利用工業機器人的工作空間；出入庫傳送帶設置在倉庫的出入口，作為倉庫與外界進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，并傳送給機器人；人機交互界面設置在倉庫外側，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提交等功能。本文利用工業機器人離線仿真軟件Robotstudio完成了倉儲系統工作鉆的硬件搭建，硬件具體布置示意圖見圖1所示。

2 倉儲系統控制系統的設計

2.1 智能倉儲的控制要求及系統設計

控制系統主要需要存儲倉庫每個貨架上的狀態，以及存放的貨物信息，并通過人機交互界面，隨時供相關人員查看。當有入庫請求時，可以快速的找到空位，并控制機器人本體完成入庫作業。當有出庫請求時，可以快速的尋找到目標貨物的存放位置，并控制機器人本體完成貨物的出庫作業。控制系統結構如圖2所示。

圖1 硬件布置示意圖

圖2 控制系統結構圖

2.2 智能倉儲的功能實現

控制系統需要存儲貨架的當前狀態，是否已經存放貨物，同時還需要存儲貨物的種類信息。這兩類信息需要的數據類型不一致。通過創建結構體shelf_info即可解決。創建的結構體由一個bool型變量命名為“flag”和一個string型變量命名為“name”組成。利用結構體中的布爾量“flag”存儲貨架的當前是否存儲貨物，利用其中變量“name”存儲當前貨架上存儲的貨物名稱。如此，系統在進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貨物名稱和每個貨架的“name”進行對比即可。同時，如果后期需要存儲貨物的更多信息，只需要擴展結構體中的數據即可。

出入庫作業時間相對較長，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。如此就可以在機器人執行出入庫作業過程中接收新的出入庫請求。為了能夠讓機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組queue_demand{99}里面,當有新的的出入庫請求發出之后，機器人將其依次存入數組queue_demand{99}，機器人每次提取的出入庫請求數據為最前數據queue_demand{1}，然后將該數組后續的內容依次向前移動一位。系統控制流程如圖3所示。

圖3 系統控制流程圖

2.3 人機交互界面設計

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

人機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用安裝在移動終端，方便遠程監管和操作。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 主要人機界面設計

3 結語

本文提出的基于工業機器人的智能倉儲系統，采用環形貨倉設計，充分利用了工業機器人的工作空間，提高了貨物存儲密度。無需專人看護，由機器人實現出入庫作業的執行操作，同時利用結構體存儲對應貨架上的貨物信息，提高了出入庫的效率。