无线群控机器人自动新闻纸输送系统诠释报业集团高新技术运用的新理念

无线群控机器人自动新闻纸输送系统诠释报业集团高新技术运用的新理念

深圳报业集团于2010年11月发布了无线群控机器人自动输送新闻纸系统的企业标准，并通过了深圳市市场监督管理局标准备案。该系统不仅符合深圳市“十一五”规划重点文化工程建设项目的总体形象需求和发展需要，充分反映了现代化、自动化、高科技含量工厂的面貌，而且在技术上充分反映了计算机技术、网络技术、控制技术、运载机器人技术和新闻纸自动化物流技术的新发展，具有一定的超前性，实现了国内的技术跨越。

基于厂房的布局、印报机的需求和方便生产的组织，无线群控机器人自动输送新闻纸系统在物理结构上分为两大相对独立的子系统：柔性纸卷预处理系统和无线群控机器人自动输纸系统。整个系统规模较大，但核心是无线群控机器人自动输纸系统，柔性纸卷预处理系统只是为了事先对新闻纸卷进行一些必要的处理，做输送前的准备。系统平面布置示意图如图。

系统的根本任务是为印报机输送所需规格和开卷方向的新闻纸。由于印报机具有自动上下纸的功能，这就需要在事先对新闻纸纸卷进行齐纸、去包装、定开卷方向、做纸等预处理方面的工作。柔性预处理系统主要包括进纸上纸台、环形轨道输纸板链、板链小车、转盘、做纸工位、搁板输送带、推纸机械手、挡纸机械手等，完成纸卷从纸库出来之后到将做好的纸卷整齐划一地装载到运载机器人上之间的全部工作。

无线群控机器人自动输纸系统相对较为复杂，首先是低托盘运载机器人的集成度高、技术含量高，包含了无线通讯技术、ARM嵌入式计算机技术、系统控制技术、驱动控制技术、磁导航技术、安全控制技术、电池电源技术等；其次是通过组态软件实现对整个输纸系统的运行监控，根据印报机各个纸架的要纸信号，通过无线局域网，调度各运载机器人完成纸卷自动装载、自动寻迹运行、自动称重、自动上下纸、自动回收纸芯、自动充电等工作，并监控系统各种设备的运行状态、自诊断和指示故障；再次就是系统能够通过称重系统设备，完成纸卷信息的收集和处理，实现纸卷使用资料的记录和统计，并能够连接到公司ERP系统。另外系统具有自动和手动两种运行模式，满足生产组织的需要，具有一定的灵活性。无线群控机器人自动输纸系统要实现的具体功能包括停车场管理，接收要纸信号，定向装载纸卷，定位输送纸卷，自动上下纸功能，自动收回纸芯，AGV自动充电，系统控制功能，系统监控功能，集成供纸信息管理。

传统的新闻纸的输送办法主要由人工完成，存在效率低、劳动强度大、纸张损耗无法控制、占地面积大、环境质量差，无法提高生产现场的管理水平等不足，最重要的是无法与大型印刷机相配套。无线群控机器人自动输送新闻纸系统的开发，充分利用了各种成熟的新技术、新工艺，具有自动化程度高、集成度高、运行稳定、维护保养简单、经济适用等特点。系统设计机构合理、选件优良，运行稳定、可靠，节省了人力和人力费用，减少了纸卷的浪费和消耗，提升了环境质量和管理水平，节省了运行开支，提高了企业的效益，体现了技术创新，达到了“国内领先、国际先进”的设计目标。

无线群控机器人自动新闻纸输送系统的创新点主要体现在提出了面向大规模高速新闻纸自动输送的系统设计方案、纸卷预处理系统柔性控制技术、无线群控运载机器人的设计技术，研制了无线群控机器人自动输送新闻纸系统，制定了无线群控机器人自动输送新闻纸系统的标准。拥有自主知识产权，行业带动性强。具体体现在以下方面：

图1 系统平面布置示意图

1）提出了一种面向大规模高速新闻纸自动输送的系统设计方案。①在国内同行业首创性地设计了柔性纸卷预处理系统，使其作为系统的前置系统，能够提高系统的灵活性和输送能力。②设计了低托盘运载机器人，充分配合印报机自动上下纸对运载机器人身高的需要，也是国内同行业首创。可以实现全过程的自动化。③多层次多网络融合的系统集成优化和创新设计，将复杂的系统模块化，使系统组织更加优化、灵活、有序。

2）提出了一种纸卷预处理系统的柔性控制技术。柔性控制技术建立在网络化的硬件结构和模块化的软件编程的基础上，特别是在软件设计上，采用基于需求的有限元动态化路径规划和静态化防冲突控制算法，使多规格、多路径、多工位、多维度等多元任务的纸卷预处理流程具有高度的灵活性，处理能力大大提高。

3）提出了一种低托盘运载机器人设计技术。身高只有250mm，总荷重达2吨的运载机器人是目前国内最矮小的新闻纸运载机器人。机器人通过MOXA无线网卡接受上位机的指令，车载ARM嵌入式计算机通过加权平均偏移量算法和左右电机最优差速偏移量纠正数学模型，实现机器人的自动、安全运行；通过双地址探测方法和有限时段脉冲积分数学模型，来保证地址检测的可靠性。

4）研制了无线群控机器人自动输送新闻纸系统。基于系统的集成和多种技术的开发、应用，首先是将以太网技术和现场总线技术分区和分层使用，实现了多层次网络技术的集成、优化和创新；其次是借助组态王软件，开发了上位机监控系统，实时图形仿真现场环境，智能化管理在线设备。第三是通过上位机、无线以太网和车载MOXA无线网卡等组成的群控系统，完成了对运载机器人群控系统的开发，实现了机器人自动运行、定向装纸、定点输送、自动上下纸等的全过程智能控制。

5）制定了无线群控机器人自动输送新闻纸系统的标准。这是国内报业行业第一个新闻纸自动输送系统的技术标准，该标准并经深圳市市场监督管理局备案登记。该标准填补了国内空白，对规范国内报业新闻纸输送系统的开发、设计和生产等提供了参照和依据，对促进行业技术进步具有重大意义。

印刷能力和印刷设备的现代化是报业参与市场竞争的重要物质条件，无线群控机器人自动输送新闻纸系统充分利用了各种成熟的新技术、新工艺，使系统具有自动化程度高、集成度高、运行稳定、安装、维养简单、经济适用等特点。适合全国报业印刷厂的应用，从而推动媒体行业的发展。系统的大范围的推广具有如下优势：

1）适用范围广、造价合理。系统配置无线群控机器人数量为1至50台，柔性纸卷预处理系统做纸工位也可灵活增减，运输路线可根据厂房的结构进行设计，因此系统可在全国的任何一家报纸印刷厂的新老厂房安装使用。系统的价格只是国外同类产品的价格的30%，为全国报业印刷厂提供了物美价廉的设备。

2）减少了人员的配置，降低了员工的劳动强度。新闻纸纸卷的重量最大达1.5吨，传统纸卷输送办法常规每班需配置操作人员30多名，目前系统每班只需配置操作人员3名，减少了人员的配置。生产时操作人员只需在电脑操作界面进行简单的设置，便可完成对各类新闻纸纸卷按规格进行分类储备，当纸架向输纸系统发出要纸信号时，系统可在15分钟内把满足纸架使用要求的纸卷自动送达，并自动安装新纸卷和把旧纸卷的纸芯自动回收，全部过程无需人工操作，操作人员劳动强也明显降低。

3）良好的经济和社会效益。系统投入运行后减少了人员的配置、降低设备维修和保养成本和生产过程纸张的破损、优化物流，降低库存，减少资金占有率、实现节能减排，每年可新增利润上千万元，新增税收近百万元。系统成功应用促进了印刷设备现代化，加快了企业设备的升级换代，使企业的信息化水平和管理水平得到提高；生产现场更加整洁、干净，减少叉车尾气排放，空气质量得到提高，有效保护了环境和操作人员的健康，大大增加企业在同行业中的竞争水平。

2010年11月28日深圳市中衡信资产评估有限公司主持了“无线群控机器人自动输送新闻纸系统”科技成果鉴定会，鉴定意见认为，该系统以ARM芯片嵌入式系统控制的低托盘磁导航运载机器人为载体，通过无线局域网集群控制，实现新闻纸纸卷定向、定规格装载和定位输送，自动寻迹运行、称重、上下纸、回收纸芯、充电等功能；并通过上位机监控软件，动态监控系统整体设备运行状态，智能管理在线设备，实现了新闻纸输送全过程的自动化控制与管理。该系统集计算机技术、通信技术、控制技术于一体，其中多层次网络控制技术的应用，无线群控低托盘运载机器人组的设计，低托盘运载机器与印报机配合自动上下纸系统的设计等，具有显著的集成创新性。该系统投入运行两年多以来，运行可靠，自动化程度高，取得了显著的经济、社会效益，用户反映良好，市场潜力较大。

综上所述，该系统整体水平在报纸印刷行业内居国内领先，部分技术指标和性能达到国际先进水平。