ch13智能物流裝備與技術(shù)

1、第十三章 智能物流裝備與技術(shù)目錄 13.1 自動包裝生產(chǎn)線313.2 自動導(dǎo)引車(AGV)313.3 物流倉庫機器人313.4 自動分揀設(shè)備3213.1 自動包裝生產(chǎn)線13.1.1 自動包裝生產(chǎn)線的分類 一.按包裝機之間連接特征分類 1.剛性自動包裝生產(chǎn)線。 2.柔性自動包裝生產(chǎn)線。 3.半柔性自動包裝生產(chǎn)線。 二.按包裝機的組合布局分類 1.串聯(lián)自動包裝生產(chǎn)線。 2.并聯(lián)自動包裝生產(chǎn)線。 3.混聯(lián)自動包裝生產(chǎn)線。13.1.2 自動包裝生產(chǎn)線的組成 3自動包裝生產(chǎn)線的種類繁多，所包裝的產(chǎn)品也各不相同，但總體來講，可分為控制系統(tǒng)、自動包裝機、輸送系統(tǒng)和輔助工藝裝置4個組成部分。 1.控制系統(tǒng)：控

2、制系統(tǒng)主要是由工作循環(huán)控制裝置、訊號處理裝置及檢測裝置組成。 2.自動包裝機：它是一種無需操作人員直接參與，主要由操作系統(tǒng)控制，在規(guī)定的時間內(nèi)各機構(gòu)自動實現(xiàn)協(xié)調(diào)動作并完成包裝作業(yè)的機器。 3.輸送裝置：輸送裝置是將各臺完成部分包裝的自動包裝機連接起來，使之成為一條自動線的重要裝置，它擔(dān)負(fù)著包裝工序間的傳送任務(wù)，并且使包裝材料(或包裝容器)和被包裝物品進(jìn)入自動生產(chǎn)線，以及成品離.4開自動生產(chǎn)線。 4輔助工藝裝置：在自動包裝生產(chǎn)線中，為滿足工藝上的要求，使自動生產(chǎn)線能有節(jié)奏、協(xié)調(diào)地工作而配置一些輔助工藝裝置，如轉(zhuǎn)向裝置、分流裝置、合流裝置等。13.1.3 典型自動包裝生產(chǎn)線 一. 紙模工業(yè)品包裝生

3、產(chǎn)線 紙模工業(yè)品包裝生產(chǎn)線的工藝流程為：制漿成型烘干整形包裝。生產(chǎn)線的主要設(shè)備組成包括碎漿機、攪拌器、磨漿機、漿泵、成型機、烘干機、整形機及配套模具等。5 二.藥品包裝生產(chǎn)線 藥品生產(chǎn)線由輸送機、理瓶機、計量充填機、旋蓋機、鋁箔封口機等組成，能夠完成藥片的輸送、充填及封口過程。 圖13.1 紙模工業(yè)品自動包裝生產(chǎn)線的工藝流程 6 三.飲料灌裝生產(chǎn)線 圖13.2為飲料灌裝全自動生產(chǎn)流程圖，該生產(chǎn)線專為灌裝飲料而設(shè)計，可通過不同規(guī)格的玻璃瓶、易拉罐和PET瓶。全線由洗瓶機、等壓灌裝機、封口機、輸送系統(tǒng)組成。 圖13.2 飲料灌裝全自動生產(chǎn)流程圖 7 四. 全自動奶粉灌裝生產(chǎn)線 全自動奶粉灌裝生產(chǎn)線

4、。該生產(chǎn)線適用于各種粉末狀、超細(xì)粉末狀或粉粒狀的物料。高速全自動灌裝線包括：理罐機翻罐、吹洗、殺菌機變道輸送帶自動喂罐充填包裝機封罐機(預(yù)封)三箱抽真空充填機封罐機鏈板輸送帶噴碼機翻罐器鏈板輸送帶壓蓋器裝箱平臺。8 自動導(dǎo)引車(AGV, Automatic Guided Vehicle)是指具有磁條、軌道或激光等自動導(dǎo)引設(shè)備，沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，以蓄電池為動力，并且裝備了安全保護(hù)裝置和各種輔助機構(gòu)(如移載、裝配機構(gòu)等)的無人駕駛的自動化廠內(nèi)機動車輛。 13.2 自動導(dǎo)引車(AGV) 圖13.3 自動導(dǎo)引車 913.2.1 AGV概況 一.AGV的發(fā)展過程 1913年，美國福特汽車公司使用了有

5、軌底盤裝配車。1953年，美國一家公司制造出世界上第一臺采用埋線電磁感應(yīng)式的跟蹤路徑自動導(dǎo)引車，也被稱為“無人駕駛自動導(dǎo)引車”。20世紀(jì)70年代中期，具有載貨功能的AGV在歐洲得到迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用，并被引入美國用于自動化倉儲系統(tǒng)和柔性裝配系統(tǒng)的物料運輸。從20世紀(jì)80年代初開始，新的導(dǎo)向方式和技術(shù)得到更廣泛的研究和開發(fā)，主要有電磁感應(yīng)引導(dǎo)、激光引導(dǎo)、磁鐵陀螺引導(dǎo)等方式，其中激光引導(dǎo)方式發(fā)展較快，但電磁感應(yīng)引導(dǎo)和磁鐵陀螺引導(dǎo)方式也占有較大比例。10 二. AGV的應(yīng)用領(lǐng)域 1.倉儲業(yè)。 2. 制造業(yè)。 3. 物品的運送存在著作業(yè)量變化大、動態(tài)性強、作業(yè)流程經(jīng)常調(diào)整以及搬運作業(yè)過程單一等特點的場

6、所，如郵局、圖書館、港口碼頭、機場。在郵局、圖書館、港口碼頭、機場等場所。 4.煙草、醫(yī)藥、食品、化工。 5.危險場所和特種作業(yè)。 三. AGV的分類 1.根據(jù)控制形式的不同，AGV分為智能型和普通11普通型兩種。 2.根據(jù)導(dǎo)向方式的不同，ACV可分為固定路徑導(dǎo)向和自由路徑導(dǎo)向。 3.根據(jù)移載方式的不同，AGV可分為側(cè)叉式移載、叉車式移載、推挽式移載、輥通輸送機式移載、鏈?zhǔn)捷斔蜋C移載、升降臺移載和機械手移載等。 4.根據(jù)充電方式的不同，則可分為交換電池式和自動充電式。 5.根據(jù)轉(zhuǎn)向方式的不同，AGV可分為前輪轉(zhuǎn)向、差速轉(zhuǎn)向和獨立多輪轉(zhuǎn)向。 6.根據(jù)運行方向的不同，AGV可分為向前運行、前后運行

7、和萬向運行。12 7.根據(jù)用途和結(jié)構(gòu)形式的不同，AGV可分為無人搬運車、無人牽引車、無人叉車、牽引型拖車、托盤運載車、承載車、裝配小車及堆垛機等。13.2.2 AGV的組成 AGV目前仍以叉車式和轉(zhuǎn)載平臺式為主，通常以蓄電池為動力源，直流電動機驅(qū)動其行走、轉(zhuǎn)向和舉升。運行部分多采用三輪式、四輪式、六輪式或多輪結(jié)構(gòu)形式。舉升機構(gòu)一般由電動機、蝸桿減速器、滾珠絲杠及螺母等組成。 1.車體系統(tǒng)：（1） 車體框架；（2）車輪；（3）載荷傳送裝置。 2.驅(qū)動/導(dǎo)向系統(tǒng)：（1）動力裝置；（2）驅(qū)動裝13置；（3） 導(dǎo)引系統(tǒng)；（4）定位裝置。 3.控制/通信系統(tǒng)：（1）地面控制部分；（2）車載控制部分；（3

8、） AGV的智能化。 4.安全系統(tǒng)：（1）車身；（2）障礙物接觸式緩沖器；（3）障礙物接近檢測裝置；（4）自動裝卸物料執(zhí)行機構(gòu)的安全保護(hù)裝置；（5）警報裝置；（6）充電保護(hù)裝置。13.2.3 AGV的工作過程 以激光作為導(dǎo)引媒介的自由路徑導(dǎo)引AGV為例，說明其工作過程。AGV在其運行區(qū)域內(nèi)，規(guī)定有通信區(qū)和非通信區(qū)。在通信區(qū)域內(nèi)，AGV通過其承載通信裝置與系統(tǒng)控制計算機通信，報告其位置與狀態(tài)，并接受工14工作指令。在非通信區(qū)域內(nèi)，AGV按照小車控制器中預(yù)定程序獨立行駛，不與系統(tǒng)控制計算機發(fā)生聯(lián)系。當(dāng)接收到物料搬運指令后，小車控制器根據(jù)所存儲的運行地圖和AGV當(dāng)前位置及行駛方向進(jìn)行計算分析，選擇最

9、佳行駛路線，通過驅(qū)動放大器自動控制AGV的行駛和轉(zhuǎn)向，到達(dá)裝載物料目標(biāo)點準(zhǔn)確停位后，移載機構(gòu)動作，完成裝貨過程。然后AGV啟動，駛向目標(biāo)卸貨點，準(zhǔn)確停位后，移載機構(gòu)動作，完成卸貨過程，并向控制計算機報告其位置與狀態(tài)。隨之AGV啟動，駛向待命區(qū)域，接到新的指令后再做下一次搬運。15 機器人的應(yīng)用是20世紀(jì)自動控制最有說服力的成就，機器人技術(shù)綜合了多學(xué)科的發(fā)展成果，代表了高技術(shù)的發(fā)展前沿。13.3.1 機器人的作業(yè)特點和分類 一.機器人的作業(yè)特點 1.通用性。 2.柔軟性。 3.自動性。 4.準(zhǔn)確性。 二.機器人的分類 關(guān)于機器人的分類，國際上沒有固定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。13.3 物流倉庫機器人16 一般

10、的分類方式為：操作型機器人、程控型機器人、數(shù)控機器人、感覺控制型機器人、適應(yīng)控制型機器人、學(xué)習(xí)控制型機器人和智能機器人。 從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，可將機器人分為兩大類，即工業(yè)機器人和特種機器人。 倉庫機器人是一種獨立的不附屬于某一主機的自動化裝置。目前，倉庫機器人功能門類很多，按其用途可分為以下幾種：（1）碼垛機器人；（2）搬運機器人；（3）質(zhì)量機器人。13.3.2 機器人的主要技術(shù)參數(shù) 1. 抓取重量 2.運動速度17 3.自由度。 4.重復(fù)定位精度。 5.程序編制與存儲容量。13.3.3 機器人的主要結(jié)構(gòu) 一.執(zhí)行機構(gòu) 1.手部；2.腕部；3.肩部；4.機身；5.行走機構(gòu)；6.頭部。 二.驅(qū)動系統(tǒng)

11、 驅(qū)動系統(tǒng)是為機器人提供動力的裝置，一般情況下機器人的每一個關(guān)節(jié)設(shè)置一個驅(qū)動系統(tǒng)，它接受動力指令，來準(zhǔn)確控制關(guān)節(jié)的運動位置。18 三.控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)控制著機器人按照規(guī)定的程序運動，它可以記憶各種指令信息，同時按照指令信息向各個驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)出指令。 四.檢測傳感系統(tǒng) 檢測傳感系統(tǒng)主要是檢測機器人執(zhí)行系統(tǒng)的運動狀態(tài)和位置，并隨時將執(zhí)行系統(tǒng)的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行對比，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，使執(zhí)行系統(tǒng)以一定的精度達(dá)到設(shè)定的位置。 五.人工智能系統(tǒng) 目前能夠用來研究人工智能的主要物質(zhì)手段以及能夠?qū)崿F(xiàn)人工智能技術(shù)的機器就是計算機，人工智能的發(fā)19歷史是和計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展史

12、聯(lián)系在一起的。13.3.4 裝卸堆垛機器人的作用和工作過程 在生產(chǎn)線的各加工中心或加工工序之間以及立體倉庫裝卸搬運區(qū)，機械手搬運機和裝卸搬運機器人能按照預(yù)先設(shè)定的命令完成上料、裝配、裝卸、碼垛等作業(yè)。作業(yè)過程為（1） 碼盤、搬運；（2）堆垛、揀選。13.3.5 機器人的應(yīng)用與發(fā)展 由于倉庫機器人的顯著效用，世界各國紛紛進(jìn)行研究、開發(fā)和應(yīng)用制造，并積極改進(jìn)其性能，擴大其使用范圍，機器人科學(xué)已作為倉儲技術(shù)與管理的一門重要理論與技術(shù)而得到全面發(fā)展。20 日本是機器人技術(shù)較發(fā)達(dá)的國家，不僅在數(shù)量密度上占世界領(lǐng)先地位，而且在倉庫機器人開發(fā)上獨占鱉頭。 我國倉庫機器人的研究始于20世紀(jì)70年代，現(xiàn)已建立了

13、倉庫機器人示范工程。21 自動分揀系統(tǒng)(Automated Sorting System)是第二次世界大戰(zhàn)后在美國、日本的物流中心廣泛采用的一種自動分揀系統(tǒng)，該系統(tǒng)目前已經(jīng)成為大中型物流中心不可缺少的一部分。分揀是指不同的地點和單位分配到所設(shè)置的場地的作業(yè)。自動分揀是從貨物進(jìn)入分揀系統(tǒng)到被送到指定分配位置為止，都是按照人們的指令靠自動分揀裝置完成的。13.4.1 自動分揀設(shè)備的主要特點 1. 能連續(xù)、大批量地分揀貨物。 2.分揀誤差率極低。 3.分揀作業(yè)基本實現(xiàn)無人化。13.4 自動分揀設(shè)備2213.4.2 自動分揀系統(tǒng)的組成及工作過程 自動分揀系統(tǒng)由各類輸送機、各種附加設(shè)施和控制系統(tǒng)等組成。

14、貨物到達(dá)分揀點以前，先要經(jīng)過輸送、信號設(shè)定、合流、主傳送帶等工作過程；到達(dá)分揀點時，通過對分揀過程進(jìn)行控制，發(fā)出指令把貨物傳送到分揀機上，再由分揀機的瞬時動作將貨物分揀到指定的滑道，使其分流。自動分揀系統(tǒng)由合流、分揀信號輸入、分揀和分流、分運4個階段完成。13.4.3 常用自動分揀機 一.鋼帶式分揀機 鋼帶式分揀機是利用輸送鋼帶載運貨物完成分揀工作的機械設(shè)備，按鋼帶的設(shè)置形式常分為平鋼帶式和斜.23鋼帶式兩種類型。 平鋼帶式分揀機的分揀過程如下。 1.分揀人員閱讀編碼帶上的貨物地址，在編碼鍵盤上按相應(yīng)的地址鍵，攜帶有地址代碼信息的貨物即被輸送至緩沖儲存帶上排隊等待。 2.當(dāng)計算機發(fā)出上貨信號時

15、，貨物即進(jìn)入平鋼帶分揀機，其前沿?fù)踝∥锪蠙z測器時，檢測器發(fā)出貨到信號，計算機控制緊靠檢測器的消磁充磁裝置，首先對鋼帶上的遺留信息進(jìn)行消磁，再將該貨物的地址代碼信息以磁編碼的形式記錄在緊挨貨物前沿的鋼帶上，成為自攜地址信息，從而保持和貨物同步運動的關(guān)系。 3.在分揀機每一個小格滑槽的前面都設(shè)置了一個 24磁編碼信息讀出裝置，用來閱讀和貨物同步運行的磁編碼信息。 4.平鋼帶分揀機的適用范圍較大，除了易碎、超薄貨物及木箱外，其余貨物都能分揀。25 圖13.4 平鋼帶式分揀機的結(jié)構(gòu)和分揀過程示意 26 二.膠帶分揀機 由于膠帶(或塑料帶、帆布帶等)輸送機具有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、技術(shù)成熟等優(yōu)點，采用以膠

16、帶輸送機為主機的分練機發(fā)展較快，品種較多。 1.橫向推出式膠帶分練機。其結(jié)構(gòu)與鋼帶分揀機基本相同，只是用膠帶輸送機代替鋼帶輸送機。 2. 斜行膠帶式分揀機。 圖13.5 斜行膠帶式分揀機 27 3.斜置輥輪式膠帶分揀機。 4.轉(zhuǎn)臺式膠帶分揀機。 圖13.6 斜置輥輪式膠帶分揀機 圖13.7 轉(zhuǎn)臺式膠帶分揀機 28 三.托盤式分揀機 托盤式分揀機是一種應(yīng)用十分廣泛的機型，它主要由托盤小車、驅(qū)動裝置、牽引裝置等構(gòu)成。其中，托盤小車的類型又多種多樣，有平托盤小車、U形托盤小車、交叉帶式托盤小車和鏈交叉帶式托盤小車等。 圖13.8 帶式托盤分揀機示意圖 29 四.翻板式分揀機 它由一系列相互連接的翻板

17、、導(dǎo)向桿、牽引裝置、驅(qū)動裝置、支承裝置等組成。翻板式分揀機的適用范圍大，可分揀箱類、袋類等貨物。 五.浮出式分揀機 浮出式分揀機主要由兩排旋轉(zhuǎn)的滾輪組成，滾輪設(shè)置在傳遞帶下面，每排由810個滾輪組成。浮出式分 圖13.9 翻板式分揀機工作過程示意圖 30揀機適用于包裝質(zhì)量較高的紙制貨箱，一般不允許在紙箱上使用包裝帶，分揀能力可達(dá)7500箱/小時。 六.懸掛式分揀機 懸掛式分揀機是用牽引鏈(或鋼絲繩)作牽引件的分揀設(shè)備。按照有無支線，它可分為固定懸掛和推式懸掛兩種機型。固定懸掛式分揀機主要由吊掛小車、輸送軌道、 圖13.10 固定懸掛式分揀機 31驅(qū)動裝置、張緊裝置、編碼裝置、夾鉗等組成。懸掛式

18、分揀機具有懸掛在空中、利用空間進(jìn)行作業(yè)的特點，它適合于分揀箱類、袋類貨物，對包裝物形狀要求不高，分揀貨物的重量較大一般可達(dá)100kg以上，但該機需要專用場地。 五.滾柱式分揀機 滾柱式分揀機的每組滾柱(一般由34個滾柱組成，與貨物寬度或長度相當(dāng))各自均具有獨立的動力，可以根據(jù)貨物的存放和分路要求，由計算機控制各組滾柱的轉(zhuǎn)動或停止。滾柱式分揀機一般適用于包裝良好、底面平整的箱裝貨物，其分揀能力較高，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價格也較高。32 圖13.11 滾柱式分揀機 3313.4.4 數(shù)字揀選系統(tǒng) 一.貨架數(shù)字揀選系統(tǒng) 該系統(tǒng)由帶電子標(biāo)簽的普通貨架或移動式貨架、運送揀選物品的傳送帶、主控計算機和揀選人員組

19、成。貨架電子標(biāo)簽揀選系統(tǒng)的控制方式一般有兩種，即與傳動帶連動的方式和與傳動帶非連動的方式。 二.小車式數(shù)字顯示揀選系統(tǒng) 小車式數(shù)字顯示揀選系統(tǒng)主要由揀貨小車和揀貨貨架組成，此系統(tǒng)不僅用于揀選作業(yè)，也可用于分貨作業(yè)。 小車式數(shù)字顯示揀選系統(tǒng)的工作原理如下。 1.配送中心的業(yè)務(wù)調(diào)度管理系統(tǒng)通過無線通信向揀34選小車發(fā)出作業(yè)信息。 2.揀選小車駕駛?cè)藛T通過車上指令顯示系統(tǒng)接收車輛行走路線指令，駕駛小車前進(jìn)，小車控制系統(tǒng)通過路線數(shù)字傳感器掃描行走路線上的路線數(shù)字編碼，利用識別系統(tǒng)識別出路線編碼，確定出車輛位置。 3.小車控制系統(tǒng)比較小車行走路線與當(dāng)前位置，規(guī)劃車輛前進(jìn)方向，并顯示在小車的顯示屏上，指導(dǎo)

20、駕駛?cè)藛T操作。 4.當(dāng)車輛到達(dá)揀選貨位時，則顯示停車指令，駕駛員停車，并根據(jù)顯示屏上顯示的貨位編號及其揀選物品數(shù)量進(jìn)行揀貨作業(yè)，該貨位揀選完成后，駕駛員發(fā)出揀選完成信號給配送中心的業(yè)務(wù)調(diào)度管理系統(tǒng)。35 圖13.12 小車式數(shù)字顯示揀選系統(tǒng) 5.小車的控制系統(tǒng)顯示下一個揀選作業(yè)的前進(jìn)方向，繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)作業(yè)。 36 圖13.13 郵件自動分揀系統(tǒng)示意 13.4.5 郵件自動分揀系統(tǒng) 在郵政包裹上采用條碼，其目的是快速準(zhǔn)確地識別包裹上的信息。郵件自動分揀系統(tǒng)也可以用于其他物資的自動分揀。3713.4.6 德國GEHE醫(yī)藥公司的物流系統(tǒng)改造案例 德國醫(yī)藥公司GEHE運作著全球最高效的物流系統(tǒng)之一，其強大的供應(yīng)鏈?zhǔn)艿降聡碃柎髮W(xué)國際商學(xué)院的贊譽。 一.系統(tǒng)建設(shè)要求 GEHE漢德爾醫(yī)藥公司的倉儲系統(tǒng)與物流流程改造項目要實現(xiàn)以下目標(biāo)。 1.在揀選系統(tǒng)中提高自動揀選的性能。 2.縮短周轉(zhuǎn)箱的處理時間，使吞吐量從1800個