面向物料分拣搬运的智能仓储系统研究

本文设计开发了一套基于机械臂和小车的物料分拣搬运的桌面级智能仓储系统，该系统基于AT Mega2560控制芯片，使用dobot机械臂、传送带、AI-Starter小车、传感器、Xbee无线通信器为执行部件，通过鼓励同学们开发机器视觉图像处理算法、机械臂小车同步作业协同控制算法，实现了物料的高效分拣、灵活装载、安全运输和自动入库，本系统为培养高素质复合型“新工科”人才提供了重要的教学实践平台，为学生运用人工智能知识分析解决问题提供了切实可行的实践手段。

随着人工智能技术在全世界之内受到重点关注及广泛研究， 工业开始朝着智能化的方向发展， 结合人工智能的工业4.0 时代已经悄然来临。物料智能仓储系统是工业4.0 中智能工厂、智能生产、智能物流三大主题之一[1]，其作为物流系统的枢纽和核心，是保证能够实现高效合理化运行的关键，在企业物流中有着举足轻重的地位。

本文针对面向物料分拣搬运的智能仓储系统， 首先设计了物料识别定位模块、智能分拣装载模块、自动搬运模块以构建智能仓储系统平台，而后利用机械臂、小车、传感器搭建硬件平台，最后设计软件算法实现物料分拣、装载、搬运、入库功能。该系统融合了人工智能技术、先进机器人控制技术及网络化分布式技术，充分发挥现有物流资源的效率，使得快递需求能够快速获得服务匹配，得到物流支持。

2. 传统仓储系统主要问题 自动仓储系统包括物料分拣、装载、运输及入库四大环节[2]，每一环节都涉及机器人协同控制和搬运方案的优化设计，其对物料搬运效率具有重要影响。传统仓储系统由于没有很好的协同控制算法导致运动路径不当，而不恰当的搬运方案不仅浪费资源，还提高了企业的生产成本[3]。因此，急需研发一种能高效协同物料分拣、装载、运输和入库过程的智能仓储系统，优化搬运方案和运输路径，提升时间利用率，节省企业成本。

机器臂是自动仓储系统中重要的组成部分之一，它能完全替代人工手动操作，将物料进行抓取和分拣。目前被大家所熟知的有ABB、Kuka、Fanuc、Yaskwa 等国外老牌厂商生产的机械臂，整机存在着体积大、载荷重，价格高昂、不接地气的缺点。现有国产Dobot 机器人以其简单易用、灵活部署、高精度、宽范围、快速度、且支持多种不同的控制方式等特点，在面向消费级市场和轻工业级的分拣、封装、搬运等方面逐渐引起了广大研究者的关注。传统自动仓库的搬运部件存在类似问题，其搬运车控制系统通常会私有化了底层操作接口，关键实现部分通常不对外公开，即使有相关接口，平台自身相关的参数设置过于复杂，学习成本较高。现有基于arduino 开发板的AI-Starter 智能小车，是一款针对教育比赛推出的智能小车，主控板为Arduino Mega2560 开发板，易于上手，传感器外设接口丰富，能够使用c 语言在单片机上开发避障和路径规划算法[4]。在新工科背景下，本研究基于AT Mega2560 控制芯片、Dobot 机械臂、AI-Starter 小车以及传感器搭建的智能仓储系统实现了物料分拣、装载、搬运、入库功能，该系统综合人了工智能理论、机器人控制编程、搬运方案优化、模式识别等知识，为培养新工科高素质人才提供了重要的教学实践平台，为学生适应工业4.0 时代的挑战打下了重要基础。