一种仓储分拣货物智能小车的设计

南庆霞，江城城，郑 红，刘宇航

（山东工程职业技术大学 机械工程学院，250200，济南）

1 研制背景

随着我国物流企业、电商企业迅速发展，各大生产企业纷纷大力发展自己的仓储物流系统，但由于目前的仓储分拣货物系统智能程度低，目前还十分依赖于人工分拣货物，并且存在出错率比较高、维护成本比较高、效率低下等问题，不能实现智能化、机械化、高效率化，对于电商而言，客户下单后的发货速度慢，客户等待时间长，运转效率低，最终会导致成交量低，利润会受到很大影响。为了解决这个问题，笔者所在团队设计了这款适用于仓储分拣货物的智能小车。本产品利用现有技术，将自动导引小车、视觉识别系统与机械臂等融合在一起，从而实现分拣货物的功能。

本产品应用现有技术并通过创新进行设计整合，利用视觉识别系统和麦克纳姆轮的移动特性实现小车在仓库中的快速移动和货物的精准分拣，解决了现有仓储人员工作强度大、白班夜班交替工作分拣货物容易出错等问题，达到现有仓储零错误分拣货物和快速出库。

2 前期调研与设计

针对仓储分拣货物智能小车的研究设计，团队进行了很多研究和讨论工作。首先对企业需求进行了调查，通过问卷调查和电话调查等收集和整理资料；然后针对代表性企业，做了有关企业物流仓储成本的分析报告，得出了比较真实详细的数据，这些数据有利于支撑仓储分拣货物智能小车的研究；接着认真分析现在市场上已经在使用和处于试验阶段的仓储分拣货物智能小车，根据企业需求和现有的仓储分拣货物智能小车存在的问题，进行详细的分析和研究；最后做出仓储分拣货物智能小车的设计报告，并进行可行性分析。

团队在前期调查和分析后，首先对小车的功能、采用的传感器进行分析研究和论证，在能达到功能的基础上首选性价比高的传感器；然后进行小车的三维模型设计，确定小车的结构和性能参数。综合分析后决定采用麦克纳姆轮作为小车的移动机构，麦克纳姆轮的机械结构满足全方位移动和仓储狭窄环境下使用的要求，参考现在一些采用麦克纳姆轮的设备，使用效果比较好。

3 工作原理与结构组成

小车接受控制中心的指令，通过前期设定的定位系统给出的坐标，快速移动到目标区域，通过机械臂上的摄像头和视觉识别系统拍摄目标并识别目标，确认后机械臂抓取货物并将其放入筐中，最后快速运送到指定地点。

仓储分拣货物智能小车整体结构如图1 所示，包括：小车外壳、矩形管支架、五轴机械臂、视觉识别夹爪、麦克纳母轮轮子、车头液晶显示屏、称重电子秤等。目前小车结构较为简单，后期可以根据需求定制仓储分拣货物智能小车的尺寸、功率，用以适应不同货物的分拣。此款智能小车的造价比较低，保养简单，使用寿命长，兼容性比较好，日后方便升级，使用的传感器和控制系统技术比较成熟、损坏率低，能有效降低企业物流仓储的人工成本，更适合商用。

图1 仓储分拣货物智能小车结构示意图

4 性能特点

对目前物流站和快递站调研后发现，容易出错的往往是体积比较小、销售量较大的货物。针对这种现象，初步设计了一款模型小车，如图2 所示。该模型小车可抓取货架最高高度为180 cm，最低为30 cm，产品总质量60 kg。小车可以全方位移动，掉头便捷，转弯半径小，可斜向移动等，实现快速到达指定位置。基于空间立体堆放编程技术，通过控制系统，小车快速定位到货物的位置，以最短的时间到达货物堆放位置，通过视觉识别系统，核实货物后，机械手臂快速抓起货物，放到物流筐内，然后快速移动到指定取货口。取货时间主要受到仓库大小的影响，速度最高可达40 km/h。对于特殊尺寸大小的物流小车，后期可以继续研发，改进设计参数，适应不同的工作情况，提供不同性能参数的小车供企业使用。

图2 小车模型图

小车的创造性和先进性有以下几点。

（1）本产品定位于仓库仓储货物的分拣，优势在于改进了国内仓储系统装备。

（2）小车利用多种技术相结合，实现了自动定位、识别、抓取和快速运送，替代现有仓储人工分拣货物。

（3）小车装有麦克纳母轮，利用此轮特性实现小车的全方位快速的移动。

（4）小车在机械臂夹爪部位装有高清摄像头，用于拍摄所抓取货物的视觉信息并读取二维码，进行货物的精确识别。

（5）产品在货物筐的下方装有用于称重复核的电子秤，这样就可以实现货物的快速称重，用来核对所拣货物是否出错。

仓储分拣货物智能小车改进了现有的技术，解决了现有人工作业中出现的一些问题，瞄准市场需求。现在正值国内电商业、仓储快递物流行业蓬勃发展时期，该设备市场需求大，前景广阔。