交鑰匙型訂單揀貨工業(yè)機(jī)器人單元，是DHL公司針對物流應(yīng)用的首個全自動系統(tǒng)。

  在許多傳統(tǒng)的電子商務(wù)履行倉庫中，卸垛、揀貨和訂單履行功能都是手動執(zhí)行的。為了實(shí)現(xiàn)該過程的自動化，同時節(jié)省時間和金錢，德國DHL公司位于荷蘭Beringe的倉庫獲得了荷蘭機(jī)器人機(jī)器視覺專家Robomotive公司的幫助。DHL公司負(fù)責(zé)一家全球化墨水和碳粉盒制造商的訂單履行和運(yùn)輸。

  為了實(shí)現(xiàn)從托盤和流動架到傳送帶的機(jī)器人3D拾取和放置包裝箱的目標(biāo)，Robomotive公司開發(fā)了一款專用的物體和特征識別軟件，該軟件與挪威Zivid公司的One 3D機(jī)器視覺相機(jī)配對使用。

圖1：Robomotive公司的系統(tǒng)使用安裝在機(jī)器人上的Zivid 3D相機(jī)用于引導(dǎo)機(jī)器人的動作，并使用真空夾持器將包裝盒移動到傳送帶上。

  “多年來，我已經(jīng)測試了很多相機(jī)，從游戲相機(jī)到工業(yè)相機(jī)，并且也使用了很久3D激光三角測量傳感器。”Robomotive公司首席執(zhí)行官M(fèi)ichael Vermeer解釋說，“但是那些傳感器的成本要高出兩到三倍，并且需要大量的校準(zhǔn)工作。我們在VISION 2016展會上接觸到了Zivid公司，在對其相機(jī)進(jìn)行測試后，我們立刻就喜歡上了它。因?yàn)樗枰男?zhǔn)工作非常少，并且能夠高速拍攝高分辨率的圖像。”

  在操作過程中，在線墨水訂單觸發(fā)DHL倉庫管理系統(tǒng)將訂單存儲架或托盤的位置發(fā)送給機(jī)器人控制器，機(jī)器人控制器啟動命令，將機(jī)器人移動到正確的位置。接下來，安裝在機(jī)器人手臂末端的3D相機(jī)，使用白光LED燈，在場景中投射一系列圖案。通過集成相機(jī)觀察光條紋的畸變，該系統(tǒng)以3D形式重建場景并生成點(diǎn)云，并用Robomotive公司的專用軟件對其進(jìn)行分析，進(jìn)而識別盒子間的間隙，為機(jī)器人提供x、y和z坐標(biāo)。隨后，機(jī)器人使用真空夾持器夾取目標(biāo)盒子，并將其移到傳送帶上；在傳送帶上，使用意大利Datalogic公司的條形碼掃描器確保合適的庫存單元（SKU）已被放置到傳送帶上。

圖2：該系統(tǒng)用于DHL公司位于荷蘭的倉庫中，實(shí)現(xiàn)打印機(jī)墨盒箱子的搬運(yùn)。

  Vermeer表示，該相機(jī)能夠承受沖擊和振動，可以集成到機(jī)器人手臂的末端，從而為系統(tǒng)提供了極大的靈活性。根據(jù)IEC60068-2-27標(biāo)準(zhǔn)，Zivid公司3D相機(jī)的等級為IP65。該標(biāo)準(zhǔn)包括隨機(jī)沖擊、正弦振動和頻率掃描，以解決機(jī)器人安裝和惡劣的工作環(huán)境問題。

  “在這項(xiàng)應(yīng)用中，將工廠校準(zhǔn)的相機(jī)連接到機(jī)器人上非常重要，這避免了使用多個相機(jī)的機(jī)器人視覺校準(zhǔn)和額外成本。”Vermeer說道。

  Vermeer指出，就整體系統(tǒng)而言，最重要的是Robomotive的系統(tǒng)不需要培訓(xùn)，這也是像DHL這樣的物流公司對其感興趣的原因。

  Vermeer解釋說，除了軟件和相機(jī)，對于該應(yīng)用中使用的其他組件，系統(tǒng)不依賴于平臺，這意味著它可以使用任何機(jī)器人、PLC或PC。在這種情況下，該團(tuán)隊(duì)使用了美國Yaskawa Motoman公司的機(jī)器人、一臺基于英特爾i7處理器并帶有GPU的工業(yè)PC，以及一個真空夾持器。

圖3：該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)每小時抓取400次，DHL預(yù)期三年能收回系統(tǒng)投資。

  為了使系統(tǒng)工作，Robomotive通過對機(jī)器人可到達(dá)區(qū)域內(nèi)的空間位置進(jìn)行編號來定義特定的位置，在本應(yīng)用中有四個托盤位置和大約五十個流動架位置。機(jī)器人從特定位置拾取箱子并將它們放置到傳送帶上。在本例中，機(jī)器人系統(tǒng)可以到達(dá)的范圍為6米，半徑為3米。

  倉庫管理系統(tǒng)知道哪個SKU在哪個托盤上（每個托盤和流動架的位置包含單個SKU），而機(jī)器人不必知道這一點(diǎn)。機(jī)器人只需要在倉庫管理系統(tǒng)告訴它去哪個位置時，知道去哪里即可。機(jī)器人能夠知道這一點(diǎn)，是因?yàn)槊總€位置都有一個固定的視覺識別起點(diǎn)。機(jī)器人移動箱子時，它需要使用相機(jī)識別箱子的尺寸，并且箱子需要被機(jī)器人手臂末端的真空夾持器抓取。此外，視覺系統(tǒng)能夠識別它之前從未見過的隨機(jī)堆疊的托盤。Vermeer認(rèn)為，這點(diǎn)為該系統(tǒng)提供了靈活性和獨(dú)特性。

  “只要尺寸和重量在一定范圍內(nèi)，DHL就可以根據(jù)需要隨意在托盤位置交換產(chǎn)品（SKUs）和/或堆疊圖樣。”他說。

  為了使相機(jī)能夠準(zhǔn)確地確定箱子的位置和存在，需要大約1200mm的工作距離，同時機(jī)器人需要大約400~500mm的距離才能捕獲視頻以看到托盤，識別獨(dú)立的箱子并且移動它。為了完成這兩項(xiàng)獨(dú)立任務(wù)，需要Zivid的3D相機(jī)在兩個距離上采集圖像。

  德國西門子公司的PLC通過Profinet標(biāo)準(zhǔn)和所有系統(tǒng)組件的OPC統(tǒng)一架構(gòu)（OPC UA）服務(wù)器，來實(shí)現(xiàn)控制和通信。

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

  為了保持系統(tǒng)運(yùn)行，操作員必須從托盤上取下塑料包裝材料，重新補(bǔ)充托盤位置，然后重新裝載流動架。機(jī)器人單元中的光幕使機(jī)器人停止工作，這樣，操作員就可以安全地補(bǔ)充托盤上的箱子以進(jìn)行拾取。然而，用戶可以在機(jī)器人工作時也安全地填充流動架，因此總能準(zhǔn)備好物品。

  Vermeer表示，系統(tǒng)集成過程中遇到的挑戰(zhàn)包括與倉庫管理系統(tǒng)進(jìn)行通信。

  “從我們的位置遠(yuǎn)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)進(jìn)行協(xié)調(diào)。大多數(shù)工作涉及‘非快樂流程’，例如位置上是空的、無法讀取條形碼、箱子掉了。整個過程花費(fèi)了數(shù)月時間，是我們曾面臨的最大挑戰(zhàn)。”他介紹說。

  另外，準(zhǔn)確地看到箱子以將它們彼此分開的能力也帶來了問題。為了解決這個問題，Vermeer建議他們“在點(diǎn)云質(zhì)量方面，獲得相機(jī)可能得到的所有信息”。

  “這就是3D相機(jī)在這里非常重要的原因。分辨率越高（Zivid的相機(jī)為高清晰度），我們可以看到的箱子邊緣的細(xì)節(jié)就越多。我們需要很多細(xì)節(jié)才能將一個箱子與另一個箱子分開。”Vermeer說。

  DHL預(yù)計(jì)該系統(tǒng)的投資收回期為三年。展望未來，兩家公司正在合作升級該系統(tǒng)，包括將機(jī)器人部署在線性軌道上的可能性，使其能夠通過相同的相機(jī)到達(dá)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)悉，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。