智慧物流自动分拣装置

智慧物流自动分拣装置

周红静

国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心 天津 300000

摘要：21世纪是一个物流全球化的时代，制造业和服务业逐步一体化，大规模生产、大量消费使得经济中的物流规模日趋庞大和复杂，传统的、分散的物流活动正逐步拓展，整个供应链向集约化、协同化的方向发展，成为物流领域的重要发展趋势之一。电商和快递的井喷式发展，也促使物流业发生变革，对应用于大型分拨中心的自动分拣系统的运行效率、准确率、稳定性、柔性分拣等能力，提出了更高要求，自动分拣设备市场前景十分广阔。分拣方式是根据分拣对象识别的结果，按照结果类型，将分拣对象拣选至相应位置的装置。依据机械结构类型，其主要包括抓取分拣和AGV分拣。接下来，本文将针对抓取分拣装置和AGV分拣装置进行详细介绍。

关键词：智慧物流；自动分拣；抓取分拣；AGV

一、抓取分拣

抓取分拣采用机械手抓取物品，放到指定位置，通过这些设备实现分拣对象快速分拣。抓取分拣技术主要分为直角坐标式抓取、圆柱坐标式抓取、多关节式抓取，针对这三个关键技术进行技术发展脉络梳理，得到技术发展路线图，如图10所示。

图10 智慧物流自动分拣系统抓取分拣的技术发展路线图

直角坐标式抓取：2015年FIVES INTRALOGISTICS SPA（韦斯内部物流单一股东股份公司）公开了将物品进给到分类机的装置以及分类机（CA2963873A1），机械手设置在从传送平面中拾取和放置物品所希望的位置，系统控制械手在三维方向的移动。2017年燕山大学提出了一种基于机器视觉的DELTA分拣机械手（CN106423916A），根据图像处理的重心数据进行路径计算，拾取区域建立平面直角坐标系，根据距原点的距离远近依次拾取，三个驱动电机转动相应角度，分拣机械手便按计算出的路径行进。2018年夏百庆提出一种直角坐标机械手物流分拣装置（CN207446755U），当移动座移动到相应物品位置时，工作人员使气缸运行，带动连接座移动，继而带动机械爪移动，从而使机械爪一和机械爪二配合将物品抓取，该设计便于物品的抓取。2019年菜鸟智能物流控股有限公司提出了一种物流对象分拨系统（CN208453922U），多轴交叉机械手是可以在三维直角坐标系的三轴方向都具有滑动机构的设备，三个轴方向的滑动机构可独立运动，三个轴方向的滑动机构可任意组合运动。2020年大连大华中天科技有限公司提出了一种高精度多功能直角坐标机器人（CN210452722U），三自由度移动平台的三条导轨垂直安装，通过运动控制算法实现三自由度移动，相比于普通直角坐标机器人定位效果好，精度高，可以独立完成要求精准，复杂的任务。

圆柱坐标系式抓取：2011年Winkler Max提出用于以完全自动化和无人操作的方式将物品拾取到有序装载支架中的方法和设备（US20110170998A1），夹持单元将物品传送到指定的传送点，接收点和传送点位于专区单元的工作区域内，近似圆形。2018年中航电测仪器股份有限公司提出了一种物流终端用小型圆柱坐标机器人（CN108862092 A），水平移动组件在托架上水平往复移动，能够实现物件沿圆柱的径向移动。2020年丽水学院提出了一种圆柱坐标机械手视觉分拣装置（CN110102510 A），圆柱坐标机械手采用滚珠丝杠传动，机械臂末端手爪可实现180°度旋转。

多关节式抓取：2017年徐州德坤电气科技有限公司提出了物流取码系统分拣装置（CN207293222U），分拣机械臂可采用多关节集中控制式机械臂结构；2019年武汉诺得佳科技有限公司提出了一种基于机器视觉的机器人自动储售货系统（CN209312143U），六轴机器人是多关节、多自由度的机器人，动作多，变化灵活，六轴机器人的机械手的第一个关节能像四轴机械手一样在水平面自由旋转，后两个关节能在垂直平面移动。2019年菜鸟智能物流控股有限公司提出了称重系统和称重方法（CN110385268A），分拣装置为多关节机械臂，包括本体和分拣机构，本体具有多个关节，因此其具有多个自由度以带动连接在本体的一端的分拣机构运动到物品所在的位置并获取物品。

抓取分拣相比于传统的机械分拣，其动作灵活、运动惯性小、通用性强，并能绕过机体和工作机械之间的障碍物进行工作，有着高质量、高速率、高智能等无法替代的优势。

二、AGV分拣

AGV是（Automated Guided Vehicle）的缩写，即“自动导引运输车”，是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。AGV技术可自动装载货物，自动行驶指定位置后自动卸货，并放置到指定位置，可快速布局于仓储分拣，其可靠度高、适应能力强、路径柔性、运行速度快、定停精度高，使得厂内物流可实现真正的“无人搬运”。

目前, 国内外各大电商及快递公司的大型仓库采用了AGV机器人辅助分拣方式。以下将以京东和亚马逊为例进行分析。

对于京东，京东物流一直引领行业的发展，更不断酝酿新的物流技术革命。京东关于AGV的专利（CN207929579A）提出的六轴机器人具有多个旋转轴，在空间当中的活动具有多个自由度，机械手能够进行不同方向的旋转和位移，以适应拿取待识别包裹的方向和角度的需要；专利CN106970629A提出无人搬运车的控制方法和装置，在接收到对无人搬运车的转向控制指令的情况下，将预先获取的无人搬运车的位姿信息作为初始位姿信息；基于目标位姿信息与初始位姿信息之间的位置偏移和角度偏移控制无人搬运车的驱动轮转动，以使无人搬运车达到目标位姿信息所指示的位置和行驶方向；专利CN110369301A提出通过在货物分拣场地布置轨道系统，以形成供分拣AGV运行的通道，利用通道侧壁对分拣AGV的运动进行引导，减少分拣AGV转弯时需要耗费的加减速时间和停留时间，从而使分拣AGV能够以更高的效率将待分拣的货物运送并卸载到对应的分拣区域。

对于亚马逊，2012年亚马逊建立了kiva仓储系统，将仓储运作效率提高了3倍，这种新式的仓储分拣AGV开始进入人们视线，在某种程度上仓储机器人的火爆也带动了AGV在各行业的应用。US2013103552A1提出了移动驱动装置的调度系统，在某一维度调度其中一个移动驱动装置，在另一个维度调度另一个移动驱动装置，确定移动驱动装置的运动轨迹，保存路线的分割片段，提供体积、单元、轨迹信息； US2019172005A1提出的库存管理方法，通过自主运输车的计算机系统接收标识在工作空间内移动的路径的第一指令；响应于通过与所述自主运输车相关联的接收器接收到由所述工作空间内的发射器模块提供的第一信号来通过所述计算机系统降低所述自主运输车的当前速度；响应于通过所述接收器接收到由所述发射器模块提供的第二信号来通过所述计算机系统使所述自主运输车停止移动。

三、展望

由于产业升级需要物流机械化、自动化、标准化和智能化的技术支撑，因此在经济放缓的大背景下，反而会促使物流装备技术的加速发展和技术升级。据中研普华产业研究报告《2023-2028年中国智能化分拣系统行业深度分析及发展前景预测报告》分析，中国智能物流分拣系统行业属于竞争性行业，随着下游客户需求不断细化与规模化，智能物流分拣系统行业竞争有望进一步加剧，并形成行业差异化竞争的局面。