工业移动机器人在智能制造中的应用探索.pdf

智能制造技术模具制造 2023年第9期工业移动机器人在智能制造中的应用探索谭彬（湖南驰众机器人有限公司，湖南长沙410007）【摘要】本文旨在探讨工业移动机器人在智能制造中的技术应用，找出了工业移动机器人目前所面临的技术瓶颈。在已有的技术问题的基础上，按照工业发展的一般规律，对未来机器智能和工业智能化系统的发展趋势进行了前瞻性的预测，并提出了工业移动机器人行业的发展策略。希望能够为相关的技术人员提供一定的理论基础。关键词：工业移动机器人；智能制造；技术应用中图分类号：TP242.2文献标识码：BDOI：10.12147/ki.1671-3508.2023.09.058Exploration of the Application of Industrial MobileRobots in Intelligent ManufacturingTan Bin（Hunan Chizhong Robot Co.,Ltd.,Changsha,Hunan 410007,CHN）【Abstract】This article aims to explore the technological application of industrial mobile robotsin intelligent manufacturing and identify the current technological bottlenecks faced by industrial mobile robots.Based on existing technical issues and following the general laws of industrial development,a forward-looking prediction was made on the development trend of futuremachine intelligence and industrial intelligent systems,and development strategies for the industrial mobile robot industry were proposed.I hope to provide a certain theoretical basis for relevant technical personnel.Key words:industrial mobile robots；intelligent manufacturing；technology application1引言在工业制造领域，工业移动机器人作为一种集机械、电子、计算机、信息和自动控制等多种技术于一体的自动化装备，可与车间设备、生产线及管理信息系统进行无缝集成，实现柔性化和智能化。为此，针对工业移动机器人的智能制造技术研究是极为重要的。2工业移动机器人行业发展现状2.1工业移动机器人系统趋于复杂，难以把控其技术精度在工业移动机器人的应用领域，则是产业内的整合，以及自动化机械的普及，更是推动了整个产业的成长1。以往，市场上销售的差速轮型驱动多为平行轴结构，差速转向能够通过左右驱动轮的转速让工业移动机器人完成转向，但如果机器人以相反方向运动，那么脚轮就会出现平移的航向错误，而且一旦旋转速度不一致，那么机器人就会出现偏移，难以轻易实现同速率旋转。目前，工业移动机器人已开始逐步搭配分拣、搬运、码垛等自动化设备协同使用，加之系统中采用越来越多的开放性协议与通用性产品，所产生的安全问题也日渐凸显，这也逐步加大机器人技术的控制难度。2.2上游核心零部件仍依赖国外厂商，国内企业有待进一步发展尽管工业移动机器人在智能制造中应用广泛，国内工业移动机器人的国产率很高，高达80%以上，但就目前而言，国内工业移动机器人的产业体系仍有待进一步完善，主要缺陷在于工业移动机器人技术水平 187智能制造技术模具制造 2023年第9期不高，关键零部件、元器件、材料以及控制系统等核心技术仍需进口，大多来自国外工业移动机器人零部件制造商，采用国内生产的零部件的企业少之又少。这也意味着国内自主研发能力较弱，难以满足市场需求，会在一定程度上影响了我国工业移动机器人产业的发展。3工业移动机器人行业发展对策3.1加大机器人产业的技术研发力度工业移动机器人作为现代智能物流的重要媒介，可有效降低工厂和仓库的劳动力成本。为了能够让工业移动机器人按照指定路径准确、平稳地运行，通常需要针对其总体机构及软件系统进行设计开发，并采取大量的测试实验2。为了加大机器人产业的技术研发力度，针对工业移动机器人的设计开发主要可以从以下方面进行：工业移动机器人配送系统与工业移动机器人车体结构设计问题；如何根据内部及外部的传感器来感知工业移动机器人目前的点位模糊问题；如何根据工业移动机器人目前的位置确认行动策略；如何发出合适的驱动信号将工业移动机器人运动在事先预设的轨道上。上述4种问题的应对技术分别为传感器技术、自定位技术、规划决策技术与运动控制技术。首先，传感器技术可以让工业移动机器人感知到外部环境及自身现状，独立完成行驶任务，能够利用多元信息的技术组成，充分识别和调度现有的产品搬运任务，精准完成发布决策及准确处理信息的任务。其次，自定位技术可通过传感器感知外部环境的具体位置，通过主控制器有效判断现场被控设备的具体坐标，移动其路径位置，通过位置信息准确分配货物搬运任务，主要分为磁导航、视觉导航、GPS导航等。规划决策技术主要是根据现有的信息规划行驶路线，根据模拟场景规划是否有完整的环境信息，通过自身传感状态及运动状态，规划当前环境可行驶的无障碍路径。运动控制技术主要是在规划完行驶路线以后，工业移动机器人快速、准确地跟踪路径，通过偏差反馈的闭环控制决策，消除系统跟踪偏差，完成货物的搬运工作。通过上述技术的研发与跟进，能够有效解决提出问题的诱发，工业移动机器人也就能够在复杂的环境下稳定运行。3.2依托丰富资源优势，完善国内工业产业化体系在 “十四五”机器人产业发展规划 等重大产业政策的推动下，叠加人口问题的日益凸显，中国制造业机器人销售初步回正正常发展区间，智能化改造意愿也逐步回归。为了能够完善国内工业移动机器人的技术体系，首先要加速核心部件的技术革新。随着国内工业移动机器人的发展进步，驱动系统也以“驱动轮+从动轮”为现代工业移动机器人的应用主基调。常规的工业移动机器人正是依靠这一资源优势，行走动力通过AGV驱动轮，而承载载荷与转向灵活性则是依靠从动轮进行辅助。为了能够突破零部件的桎梏，国内部分供应商中以驱动轮为主的企业也在悄然崛起，并迅速占领国内工业移动机器人的主要市场，甚至部分也开始走出国门，畅销海外。例如，AST驱动就为了深入工业机器人的应用场景，深入关注技术创新研发工作，集中了业内优质资源与丰富的电驱动系统开发经验，选择与工业移动机器人行业的资深用户合作交流的方式，深入了解线下工业无人车辆恶劣的应用场景，深度剖析客户的痛点需求，让工业移动机器人从设计输出再到强化测试都能够建立在苛刻的工况上，并采用大量高强度材料与先进的热处理工艺有效强化了机械的整体强度，为了让产品更为贴合工业机器人本体需求，公司还配备了完善的测试台架，整体的测试能力可在 4000rpm 时，让设备转矩达到300Nm，具备驱动系统的自主研发、性能测试等测试能力。目前AST所推出的驱动轮产品范围也从原有的0.4kw达到了15kw，可以满足H级绝缘及高达IP54防护等级，先后在多个主机厂家得到了批量应用。4工业移动机器人在智能制造过程中的实际应用4.1仓储库区的无人化作业工业移动机器人作为现代物流运输及柔性生产的关键设备，能够在仓储库区起到重要作用，其作业效率直接影响到物流的整体效率3。工业移动机器人主要是把物品移动至规定的区域后再对货物进行记录的。如果为了完成全过程的无人仓操作，并实现对整个过程的设备管理，就必须整合各种自动化设备，例如，传输线、码垛机等，这些设备各司其职，然后再利用软件实现互联互动。工业移动机器人货物搬运流程如图1所示。而目前在仓库内部，工业移动机器人的无人化作业主要就是当汽车直接通过车辆运输转运到仓库内，汽车将自身尾部对接到仓库的卸货位 188智能制造技术模具制造 2023年第9期置，然后再与工业移动机器人当前的行驶路径相匹配。此时，控制中心可以下达任务调度离货物最近的工业移动机器人到达卸货点，然后工业移动机器人就能将清点好的货物按照预先设定的行驶路线将货物直接搬运到入库输送线上。如若工业移动机器人数量有限，且货物入库数量较多的情况下，工业移动机器人都会循环往复地完成一取一放的工作任务，而后，工业移动机器人会将成堆的空置托盘运送到空置托盘的拆分区块进行现场拆分，保证货物与托盘的配套供应能够同时跟进货物的搬运工作。到库货物工业移动机器人接收指令运输货物传递区图1工业移动机器人货物搬运流程4.2码垛区的货物转运作业由于产品结构复杂、生产周期较长，需要对每件产品进行严格的包装和保护。传统的人工作业方式不仅效率低、劳动强度大、安全风险高，还存在着较大的交叉污染风险。因此，在生产过程中使用工业移动机器人替代人工作业成了企业降低生产成本、提升生产效率的重要方式之一。工业移动机器人在码垛区域的基础任务就是，在工作人员完成码盘操作之后，工业型移动机器人将会先在接口点提取整托盘，接着再根据系统实现设计的运输路径完成整体运输，将托盘在输送分拣码盘点的指定接货点上提取货物，接着再将其运行至系统设定好的库门口，进行整托盘的整体运输作业。由于有多个接口和整托盘出口，所以AGV 小车会按照系统指令，从指定的接口处取出货物，然后再将其自动转运到系统原先设定好的仓库接口处，完成整个托盘的分拣与运输流程。工业移动机器人转运工作流程如图2所示。存储区工业移动机器人出库区接收指令运输货物存储区取货图2工业移动机器人转运工作流程4.3流水线的高速分拣作业在流水线中，由于流水线的特点，通常需要寻找物流的最短路线。工业移动机器人的智能分拣作业系统主要是仿照产业中的移动机器人搬运仓库的要求，实现了“货到人”的分拣作业。这种“货到人”的分拣模式，采用了先进的硬件和软件技术，针对现场设备协同的作业场景，只需要设置不同的拣选策略，就能够实现仓储效能的最大化。拣货人只需要按照屏幕上的指示，以及装载墙上的RFID标签，就可以在指定的位置，将相应的货物挑选出来，然后放到订单信息盒中，打破了传统的“人交货”模式，而且相比传统的自动分拣技术，风险更小，灵活性更强。按照仓库的库位划分，分拣区的业务流程主要可分为订单商品分拣与包裹分拣，导入工业移动机器人的行动轨迹路线以后，即可完成订单分拨和包装完成以后的货物分拣工作。工业机器人可以连续进行大量分拣，与十字型分拣机相比，工业移动机器人专用轮架采用承载式旋转结构，具有比一般轻型轮架更持久、更强的运动能力，满足了工业移动机器人专用轮架高速运行（1.1m/s）、可实现24小时无中断的设备运行，并且该产品设计占地面积小、分选效率高，节省70%的劳力，减少操作费用，彻底解决了物流的低效问题。5结束语总的来说，随着工业移动机器人在工业生产领域应用的日益广泛，其所体现出的高效、柔性、智能等优势也在逐渐被企业所认可。但目前工业移动机器人的智能化水平仍处于初级阶段，在可靠性、成本和维护方面仍然需要进一步提升。未来，工业移动机器人的发展将会更加智能化、数字化、绿色化，并朝着模块化和集成化方向发展。在未来的工业制造中，工业移动机器人将会被更广泛地应用，并逐步实现与其他智能设备的互联互通，让智能制造更加智慧。参考文献1于彬.智能制造中的工业机器人技术应用及发展J.中文科技期刊数据库(文摘版)工程技术,2023(01):1315.2夏鹏程，崔继轩，马川，等.基于5G+工业互联网的AGV/移动机器人智能运维系统设计与应用J.信息通信技术与政策,2022(10):2836.3姜明.工业机器人技术在智能制造领域中的应用分析J.现代工业经济和信息化,2022,12(09):122124.作者简介：谭彬，男，1991年1月生，汉族，湖南郴州人，本科，工程师，研究方向：机械设计。（收稿日期：2023-05-03）DMM 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