交鑰匙揀貨工業(yè)機器人單元是DHL第一個完全自動化的系統(tǒng)

在許多傳統(tǒng)的電子商務(wù)履行倉庫中，卸載、揀貨和訂單履行功能都是手工執(zhí)行的。為了實現(xiàn)這一過程的自動化，同時節(jié)省時間和金錢，DHL在荷蘭白令海峽的倉庫位置上尋求了機器人機器視覺專家Robomotive的幫助實現(xiàn)這一目標(biāo)。

為了實現(xiàn)機器人從托盤和流架到輸送機的三維拾取和放置箱子的目標(biāo)，RoboMotive開發(fā)了專有的對象和特征識別軟件，并與Zivid的Zivid One 3D機器視覺攝像頭配套使用。

圖1:robom公司的系統(tǒng)使用一個機器人安裝的Zivid 3D攝像機進行導(dǎo)航，并使用一個真空夾持器將盒子移動到傳送帶上。

robom公司首席執(zhí)行官邁克爾?弗米爾解釋說：“這些年來，我測試了很多相機，從游戲相機到工業(yè)相機，我還長期使用3D激光三角測量傳感器。”“但這些傳感器的成本要高出兩到三倍，需要大量的校準(zhǔn)工作。通過Zivid，我們在VISION 2016上看到了它們，并在測試時立刻愛上了這款相機，因為它需要更少的校準(zhǔn)，速度更快，拍攝的圖像分辨率更高?！?/p>

在操作過程中，在線油墨訂單導(dǎo)致DHL倉庫管理系統(tǒng)將訂單存儲架或托盤位置發(fā)送給機器人控制器，機器人控制器發(fā)出命令將機器人移動到正確的位置。接下來，安裝在機器人手臂末端工具上的3D攝像機使用白色LED燈在場景上投射出一系列圖案。該系統(tǒng)通過集成攝像頭觀察光帶的變形，以3D方式重建場景并生成點云，robom公司的專有軟件通過分析點云來識別盒子之間的間隙，并向機器人提供x、y和z坐標(biāo)。然后，機器人用真空夾取裝有訂單的盒子，將其移動到傳送帶上，傳送帶上有來自意大利博洛尼亞的條形碼掃描儀;確保放置了適當(dāng)?shù)膸齑婀芾韱卧⊿KU）。

圖2:DHL在荷蘭的倉庫使用該系統(tǒng)移動打印機墨盒盒

該系統(tǒng)具有靈活性，因為它能夠承受沖擊和振動，因此可以將攝像頭集成到機器人手臂的末端。 Zivid的3D攝像機的防護等級為IP65，并根據(jù)IEC60068-2-27標(biāo)準(zhǔn)進行測試，該標(biāo)準(zhǔn)包括隨機沖擊，正弦振動和頻率掃描，以解決機器人安裝和惡劣的工作環(huán)境問題。

“在這個應(yīng)用中，將［工廠校準(zhǔn)］相機連接到機器人上非常重要，而不必使用多個相機，這需要機器人視覺校準(zhǔn)和額外成本，”Vermeer說。

Vermeer說，就整個系統(tǒng)而言，最重要的是它 – 以及DHL等物流公司為何感興趣 – 是因為Robomotive系統(tǒng)不需要培訓(xùn)。

對于本應(yīng)用中使用的其他組件，Vermeer解釋說 – 除了軟件和攝像頭 – 系統(tǒng)不依賴于平臺，這意味著它可以使用任何機器人，PLC或PC。在這種情況下，該團隊使用了Yaskawa Motoman機器人，一種基于英特爾的工業(yè)PC，帶有GPU的i7處理器和一個真空抓手。

圖3：據(jù)報道DHL預(yù)計該系統(tǒng)的投資回報率為三年左右，達到了每小時400次揀選的速度。

為了使系統(tǒng)正常工作，Robomotive根據(jù)機器人能夠到達的空間位置（在這種情況下，是四個托盤位置和大約50個流架位置）對某些位置進行編號，從而確定了它們的位置。機器人將從這些位置上取下盒子，并將它們放在傳送帶上。在這種情況下，機器人系統(tǒng)有6米的距離和3米的半徑。

雖然倉庫管理系統(tǒng)知道哪個SKU在哪個托盤上（每個托盤和流架位置都包含一個SKU），但機器人不必知道這一點。當(dāng)倉庫管理系統(tǒng)告訴它要去哪個位置時，它只需要知道去哪里，而機器人知道這一點，因為每個位置都有一個固定的視覺識別起點。機器人要移動一個盒子，需要用相機識別盒子的尺寸，盒子需要用機器人手臂末端的真空夾持器抓取。此外，視覺系統(tǒng)識別托盤隨機堆疊的盒子，它從來沒有見過。根據(jù)Vermeer的說法，這使得它靈活而獨特。

他說：“只要貨物的尺寸和重量在一定范圍內(nèi)，DHL就可以在貨盤上交換貨物（sku）和/或堆垛模式?！?/p>

相機要準(zhǔn)確確定盒子的位置和存在，需要1200毫米左右的工作距離，而機器人需要400-500毫米左右的工作距離才能拍攝視頻、查看托盤、識別一個單獨的盒子并移動它。完成這兩項獨立的任務(wù)需要Zivid的3D攝像機在兩個距離上都能獲取圖像。

西門子PLC通過Profinet和所有系統(tǒng)組件的OPC統(tǒng)一架構(gòu)（OPC UA）服務(wù)器處理控制和通信。

圖4：在機器人單元外部，操作員可以與Robomotive的系統(tǒng)連接并提供有關(guān)托盤位置的說明。

為了保持系統(tǒng)運行，操作員必須從托盤上取下塑料包裝，重新填充托盤位置，然后重新裝載流動架。機器人單元中的光幕使機器人失效，因此操作員可以安全地補充托盤上的盒子以進行拾取。但是，用戶可以在機器人工作時安全地填充流動架，因此總是可以準(zhǔn)備好物品。

Vermeer表示，系統(tǒng)集成過程中遇到的挑戰(zhàn)涉及與倉庫管理系統(tǒng)進行通信。

“從我們的位置遠程登錄DHL的ICT（信息和通信技術(shù)）系統(tǒng)，需要與整個ICT員工和倉庫管理系統(tǒng)協(xié)調(diào)。大多數(shù)工作涉及到“不愉快的流程”，比如當(dāng)一個位置是空的，條形碼無法讀取，一個框被丟棄。需要花費數(shù)月時間，也是我們面臨的最大挑戰(zhàn)。

此外，能夠準(zhǔn)確地看到這些框并將它們彼此分開也是一個問題。為了解決這個問題，Vermeer建議他們“從點云質(zhì)量的角度，盡可能地把所有東西都從相機里拿出來?！?/p>

“這就是為什么3D相機在這里非常重要。分辨率越高（zivid的相機是hd），我們能看到盒子邊緣的細節(jié)就越多，我們需要更多的細節(jié)來區(qū)分盒子和盒子，”Vermeer說。

據(jù)報道，DHL可以預(yù)計該系統(tǒng)的投資回報期為三年。展望未來，兩家公司正在合作升級該系統(tǒng)，包括將機器人部署在線性軌道上的可能性，使其能夠通過相同的攝像頭到達更多的流動架和更多的托盤。此外，鑒于該系統(tǒng)的成功，據(jù)報道，Robomotive正在與DHL和其他類似的大型物流公司討論將該系統(tǒng)推向全球的問題。