DHL的3D機(jī)器視覺引導(dǎo)機(jī)器人系統(tǒng)可助力物流實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化

交鑰匙揀貨工業(yè)機(jī)器人單元是DHL第一個(gè)完全自動(dòng)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(shí)現(xiàn)這一過程的自動(dòng)化，同時(shí)節(jié)省時(shí)間和金錢，DHL在荷蘭白令海峽的倉庫位置上尋求了機(jī)器人機(jī)器視覺專家Robomotive的幫助實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

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

圖1:robom公司的系統(tǒng)使用一個(gè)機(jī)器人安裝的Zivid 3D攝像機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航，并使用一個(gè)真空夾持器將盒子移動(dòng)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(cè)試了很多相機(jī)，從游戲相機(jī)到工業(yè)相機(jī)，我還長期使用3D激光三角測(cè)量傳感器?！薄暗@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?cè)赩ISION 2016上看到了它們，并在測(cè)試時(shí)立刻愛上了這款相機(jī)，因?yàn)樗枰俚男?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(chǔ)架或托盤位置發(fā)送給機(jī)器人控制器，機(jī)器人控制器發(fā)出命令將機(jī)器人移動(dòng)到正確的位置。接下來，安裝在機(jī)器人手臂末端工具上的3D攝像機(jī)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(diǎn)云，robom公司的專有軟件通過分析點(diǎn)云來識(shí)別盒子之間的間隙，并向機(jī)器人提供x、y和z坐標(biāo)。然后，機(jī)器人用真空夾取裝有訂單的盒子，將其移動(dòng)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(dòng)打印機(jī)墨盒盒

該系統(tǒng)具有靈活性，因?yàn)樗軌虺惺軟_擊和振動(dòng)，因此可以將攝像頭集成到機(jī)器人手臂的末端。 Zivid的3D攝像機(jī)的防護(hù)等級(jí)為IP65，并根據(jù)IEC60068-2-27標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，該標(biāo)準(zhǔn)包括隨機(jī)沖擊，正弦振動(dòng)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。

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

Vermeer說，就整個(gè)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?yàn)镽obomotive系統(tǒng)不需要培訓(xùn)。

對(duì)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(tái)，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Yaskawa Motoman機(jī)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(gè)真空抓手。

圖3：據(jù)報(bào)道DHL預(yù)計(jì)該系統(tǒng)的投資回報(bào)率為三年左右，達(dá)到了每小時(shí)400次揀選的速度。

為了使系統(tǒng)正常工作，Robomotive根據(jù)機(jī)器人能夠到達(dá)的空間位置（在這種情況下，是四個(gè)托盤位置和大約50個(gè)流架位置）對(duì)某些位置進(jìn)行編號(hào)，從而確定了它們的位置。機(jī)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(jī)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(gè)SKU在哪個(gè)托盤上（每個(gè)托盤和流架位置都包含一個(gè)SKU），但機(jī)器人不必知道這一點(diǎn)。當(dāng)倉庫管理系統(tǒng)告訴它要去哪個(gè)位置時(shí)，它只需要知道去哪里，而機(jī)器人知道這一點(diǎn)，因?yàn)槊總€(gè)位置都有一個(gè)固定的視覺識(shí)別起點(diǎn)。機(jī)器人要移動(dòng)一個(gè)盒子，需要用相機(jī)識(shí)別盒子的尺寸，盒子需要用機(jī)器人手臂末端的真空夾持器抓取。此外，視覺系統(tǒng)識(shí)別托盤隨機(jī)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(dú)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(jī)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(jī)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(shí)別一個(gè)單獨(dú)的盒子并移動(dòng)它。完成這兩項(xiàng)獨(dú)立的任務(wù)需要Zivid的3D攝像機(jī)在兩個(gè)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(jī)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(yùn)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(dòng)架。機(jī)器人單元中的光幕使機(jī)器人失效，因此操作員可以安全地補(bǔ)充托盤上的盒子以進(jìn)行拾取。但是，用戶可以在機(jī)器人工作時(shí)安全地填充流動(dòng)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(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(gè)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(gè)位置是空的，條形碼無法讀取，一個(gè)框被丟棄。需要花費(fèi)數(shù)月時(shí)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(gè)問題。為了解決這個(gè)問題，Vermeer建議他們“從點(diǎn)云質(zhì)量的角度，盡可能地把所有東西都從相機(jī)里拿出來?！?/p>

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

據(jù)報(bào)道，DHL可以預(yù)計(jì)該系統(tǒng)的投資回報(bào)期為三年。展望未來，兩家公司正在合作升級(jí)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攝像頭到達(dá)更多的流動(dòng)架和更多的托盤。此外，鑒于該系統(tǒng)的成功，據(jù)報(bào)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。