008厂内自动化搬运设备的寻址定位

008厂内自动化搬运设备的寻址定位

最近这两年里身边越来越多的人谈论人工智能。仓储物流行业里也越来越多的谈到智能仓储，智慧物流。网上流传的各大电商仓储物流中心的宣传视频里有各种黑科技设备和系统。比如：

柔性无轨搬运类设备
https://zhuanlan.zhihu.com/p/35356517

有轨道搬运设备
https://zhuanlan.zhihu.com/p/35356517

这里先不谈高大上的人工智能技术，首先总结下视频里的各种搬运设备是怎么做到设备自身行走到正确的位置并完成存取货物的？因为这可以看做是搬运设备的第一步智能。

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自动搬运任务，首先要知道当前任务的起始地址和终点地址。计算机系统要能识别物理世界存在的具体位置地址，那就需要将位置信息转化成计算机能读懂的数字信息。对于位置信息数字化大家最熟悉的可能是全球定位系统GPS。GPS系统将地球上的任何一处的位置信息都可以分解成唯一的数据组合：经度，纬度，海拔高度。比如，东经45°，北纬32°，海拔1000米，这三个数据的组合就对应了地球上唯一的位置。也就是说给计算机系统输入这三个数据组合，计算机就可以给汽车指出这个在物理世界的实际位置。

在百度地图里就是这样的过程，我们看到的地图中的每一个位置信息背后其实都对应着一个上边所述的经纬度信息，而我们不擅长记这些数据组合，改成给每个位置都起个名字，比如景点名，公园名，小区名，商场名。但是每次我们查询时输入地面后，计算机系统仍然首先要将地名转换成经纬度数据后，再去对应到地图中的实际位置。

GPS的位置数据是是可以定位到地球上随意的一个位置，也就是说GPS数据是连续和全面的，是整个物理世界所有位置点的定位。而在仓储物流中心里，大部分的情况下，搬运设备经常是在固定的几个位置之间来回搬运，比如堆垛机在前后方向上只有固定的库端站台位置，前后每列货架的位置；堆垛机在上下方向上，只有固定的每层货架的位置。不管堆垛机对应的货架有多少列多少层，堆垛机在运行时只会在每个货格位置处作业，而不会在没有货格或者货格之间位置处无效作业。那这样的位置定义就是有限离散性的定位。通常是给所有的作业位置设置固定的编号，如果这些位置是遵循一定的规律的，那位置定义可以参考这些规律，比如货架中每个货格的位置定义可以按照层列排规律来定义，比如按照数据组合（2，3，4）即为货架中的第2层，第3列，第4排。而这个位置是固定且唯一的，如果计算机将这个数据组合发送给自动化搬运设备，那搬运设备就可以准确的知道这个数据组合是说的哪个位置。

解决了搬运位置的数字化问题，那对于搬运设备来说下一步就是运行到指定的位置，那搬运设备下一步要就解决的问题就是要实时的知道自己当前所在的位置，即寻址定位问题。

人肉定位技术

在任何有厂内物流工作发生的地方，必然会见到叉车这种设备。有人说叉车是最不智能的，最机械的设备。其实从另外一个角度来看，叉车是最智能的搬运系统。为什么？因为叉车需要人的驾驶才能搬运货物，而人是这个星球上某些方面最智能的系统。驾驶员接到搬运指令后，分析和判断即将要做的搬运任务的起点和终点位置。驾驶员得知其实位置后，首先要判断叉车当前位置与目的地址的关系，目的地址如果位于前方，那驾驶员超前驾驶，目的地址如果位于后方，驾驶员朝后驾驶。同时驾驶员要在驾驶的过程中，不断的判断叉车当前的位置和目的地址的关系，直至到目的地址位置。在驾驶员驾驶叉车的这个工程中，叉车的定位寻址是由驾驶员的超级智能计算机—人脑来完成的。驾驶员的眼睛是视觉传感器，将当前位置信息传给人脑实时进行位置分析判断；驾驶员的手和脚就是执行机构，人脑传达指令给手和脚来控制叉车的前进后端和叉车的转向直至到达最终目的地。

AGV自动导引小车定位

由于AGV系统独特的柔性，可以在厂内和配送中心轻松的完成部署。目前AGV在国内各个行业的工厂和配送中心应用的越来越多。AGV的导航定位技术有很多种，最常见的有如下几种

1.磁导引

最早的AGV是基于磁导引技术来实现的，需要在AGV的所有可能的行走路线中提前沿着路线布置磁条或者在地面预埋磁钉。AGV的车上有装有磁感应传感器，AGV只能沿着磁条运行。AGV车上的磁感应传感器会一直与地面的磁条发生感应并实时判断感应值，随着感应值的动态变化，AGV调整自身的角度保证车体往前行进的过程中一直沿着磁条路线不跑偏。能保证AGV在固定的线路上走解决了定位的第一步，而AGV具体当前行走到了这条路线上的那个位置点上，通常是由AGV与车轮耦合链接安装的编码器来确定的。AGV行走时编码器也随着车轮的行走实时反映行走的距离，一般AGV会有一个起始点，这样有了起始点，有了固定路线，有了行走路程值，完全就可以确定AGV当前在什么位置上。

2，激光导引

传统的磁导引AGV系统，一旦安装调试后，AGV只能沿着固定的磁条进行，如果有要增加的工位或者某些路线要改变，那就需要重新安装磁条，如果是磁钉需要重新在修改的地面上打入磁钉，因此磁导引AGV柔性比较低。随着导航技术的发展，目前在叉车AGV上广泛的应用了激光导航技术。在激光AGV行走的区域内简单安装若干激光反光板即可完成AGV部署工作。AGV车身上安装旋转的激光扫描仪不停的进行360度旋转扫描，激光光线打到事先安装的激光反光板上，就可以得知激光与这些反光板之间的精确距离。在AGV行走范围内，只要保证能同一时刻能有3~4个反光板有反射就可以通过复杂的定位算法来确定当前AGV对应的实际位置。

3.二维码定位

亚马逊配送中心的Kiva机器人以其突出的创意和卓越的优点在仓储物流界大火了一把。国内也有不少公司研发出来类似的仓储搬运机器人并已经投入实际应用中，主要集中在电商行业的订单拣选场景中。Kiva机器人采用惯性导航和二维码定位的方式来控制每台Kiva机器人在仓库里正确的运行。Kiva系统需要事先在地面上贴附二维码标签，所有的二维码标签在Kiva机器人工作范围内组成一个标签矩阵网，每个标签上都有唯一的信息，也代表了整个标签所在的整个矩阵网络里的坐标。

Kiva机器人车身安装有一个高分辨长焦摄像头并一直朝地面实时拍摄。当Kiva机器人经过地面的二维码标签时，摄像头会读取到二维码里内含的坐标信息，也就知道了当前Kiva机器人身处何方，同时二维码图像中特有的边角位置，可以被用来调整Kiva机器人行走的角度，从而保证Kiva机器人的精确走向。

以上谈的是目前AGV几种非常常见的定位方式，而在仓储物流中心里很多成熟而传统的设备是有轨道的，也就是非柔性的设备，这种搬运设备由于路线是沿着轨道且固定的，所以定位技术和原理要有所不同。

1，认址传感器

说起有轨道的搬运设备，最有历史、最成熟、应用最广的设备就是立体库里的高速堆垛机。堆垛机在运行时由于一直沿着固定轨道行走，所以就可以在堆垛机机身上安装一定的传感器同时配合轨道上安装一定的机构，这样每次堆垛机经过这些机构时通过传感器的变化就可以知道当前位于那个轨道区域范围内。堆垛机水平方向上，这个传感器就叫做认址传感器，沿着轨道安装的机构叫认址片。由于水平方向上堆垛机需要准确定位的是要存取货的位置，及库端进出库输送机位置和货架每个货格对应的水平位置，这样沿着轨道方向上在每个货格和输送机位置上安装好固定的认址片，堆垛机每次经过这些认址片的时候，传感器会有信号的变化，堆垛机从起始点开始运行，随着传感器变化的次数，就可以知道堆垛机当前位于哪个货格的位置、那两个货格位置之间。堆垛机垂直的方向有时候也是按照这种方式来完成高度方向上的定位。

2.旋转编码器

以上说的认址传感器定位方式是属于离散式的定位，堆垛机只能知道当前跑到了那两个认址片之间，却不知道跑到两个认址片之间的具体哪个点的位置上。旋转编码器就是一种可以输出连续位置的定位传感器。一般旋转编码器会安装在前后行走机构的轮子的轴上，搬运设备行走时轮子转到带动旋转编码器值发生变化，这样从起点开始，往前行走1米就对应旋转编码器值X，这样按照对应关系，通过旋转编码器值就可以间接的计算出搬运设备行进了多少米，也就完成了设备的定位。旋转编码器可以用在设备沿直线行走的布局也可以用在设备有沿着弯道行走的布局。

3.激光测距仪

目前立体仓库里用认址片定位的传统方式越来越少，取而代之的是用激光测距仪来给堆垛机定位。激光测距仪也是一种连续定位方式，且精度非常高。通常是将激光测距仪安装在堆垛机机身上，在直线轨道的一头安装有激光反光板，反光板的位置要能保证激光测距仪在堆垛机全程行走过程中都能将光线投射到反光板上。激光投射到反光板时根据光线回路时间就可以间接计算出测距仪距离反光板的距离，也就间接可以计算出当前堆垛机在固定轨道上的实时位置。由于激光的光线是直线，所以激光测距仪通常用在直线轨道运行的自动化搬运设备上。

4.条码定位仪

目前在固定轨道上行走的搬运设备上还有另外一种定位方式叫条码定位技术。这种条码定位技术与上边谈到的二维码定位方式有一些共同之前，即都是读取提前安装好的条码标签，不过此处所说的条码是连续读取的，即条码本身是沿着轨道通长的一整条，在搬运设备上对应安装一枚特殊的条码阅读器，这样搬运设备在沿着轨道行走时，条码阅读器会一直连续读取这个特制连续条码，条码值对应一定的距离值，搬运设备这样就可以实时获取到当前在轨道上的位置了。

以上分享的是在仓储物流中心和厂内物流中心常见的自动化搬运设备的几类定位方式。目前市面上的搬运设备运营的新技术越来越多，定位方式也层出不穷，比如激光扫描孔定位，SLAM算法自定位，其他感应传感器定位等等。不管用哪种方式，解决了自动定位问题，对于自动搬运设备才可以在此基础上解决路径规划、速度控制等问题。

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