中烟物流技术有限责任公司
近年来，我国劳动年龄人口数量持续下降，青壮年劳动力供给逐步减少。而随着企业的配送需求日益增长，使劳动力短缺、人力成本攀升的问题更加突出。为解决传统仓储物流的人工费用高、管理效率低、拣选错误率高等问题，料箱机器人（Container Transfering Unit，CTU）应运而生，并创新性地改变了“货到人”作业模式，实现从“货架到人”到“货箱到人”，目标更精准，拣选效率显著提高。并且，CTU具有高柔性、高自动化程度、作业精准、应用灵活、安全可靠等特点，适用于电商、电子制造、机械制造、纺织、烟草、医药等行业的仓储物流搬运场景，是智慧物流时代的重要设备之一。
一、项目简介
本项目对红塔烟草物流中心的零备件高架库进行自动化升级改造，实现“货到人”无人化转运过程，降低工作人员走动搬运的劳动强度，大幅提高拣选、搬运、存储的效率和准确率，深度解决企业用工压力，保证场内人员作业的安全性。
零部件高架库自动化升级改造完成后，将实现零部件业务规模和效益最大化，降低零部件库的运行成本，提高零部件库管理和运行水平，打造智能化、专业化的智慧零部件管理系统，使备件领用、管理更加专业、更具竞争力，最终实现红塔备件库“走在前列、争创一流、争当标杆、争做示范”的高质量发展目标。
项目采用CTU、AGV小车、标准小件拣选机械手、无人自动配送小车等自动化设备，配合WMS、MES、ERP等自动化系统，可显著提高企业管理效率，减少作业人员数量，降低作业成本，提升自动化程度和作业的准确性。结合现有的备件库存数据、生产消耗数据，合理进行备件库龄分析，对备件全生命周期进行管理，从而有效支撑备件需求预测及设备检维修管理。系统主要设备配置图，见图1。
图1 系统主要设备配置图
二、方案设计
本项目中应用的CTU，是一种能实现自动化存取货物的机器人，从上层接收指令后，通过视觉技术检测物料位置，智能调整位置、姿势，完成拣取和存放货物的操作。
CTU具有二维码、视觉SLAM、激光SLAM三种导航方式可选，可以满足复杂仓储环境下的柔性作业。CTU前侧、后侧各安装有1个轮廓激光传感器，可以扫描运行环境，当检测到障碍物时，控制机器人减速或停止，以避免与障碍物发生碰撞。前侧激光检测253°水平视野内，离地195mm高的一个半径为8m的平面；后侧激光检测253°水平视野内，离地278mm高的一个半径为8m的平面。CTU外形和尺寸，见图2和图3；CTU技术参数，见表1。
图2 CTU 图3 CTU尺寸图
表1 CTU技术参数
CTU具有以下几个特点：
柔性运动控制，速度可达1.5m/s；支持前进、后退、原地旋转。
窄巷道双向作业和高度提升功能，充分利用空间，提高库容率。
多料箱精准存储搬运，减少无效跑动，提高效率。
自带料箱取放工具，可实现料箱搬运自动化、无人化。
产品适应性好：可定制支持不同尺寸、材质的料箱取放。
多重安全防护：前/后激光避障、碰撞条、急停按钮、声音告警等安全防护。
良好的人机交互：配置触摸屏，可实时显示车辆及任务信息；支持手动控制各执行机构等。
免维护锂电池，智能电源管理，低电量自主充电，实现7×24小时不间断作业。
CTU适用于多SKU的密集存储与拣选场景，依托高效、智能、能耗低的拣选功能实现单、多料箱存储搬运，精准配送入库，可解决传统料箱级解决方案“最后100米”的配送难题。
结合零部件高架库现有场地的实际情况，对现有库区进行功能分区重组，分别配置为入库区、出库区、CTU作业区、AGV小车作业区、标准小件拣选机械手拣选区、人工拣选区、大件物料存储区、备件任务暂存区、显示大屏、行走通道等。库内CTU通道采用单通道单向行驶，次通道宽度为1200mm，主通道宽度为1800mm，CTU宽度为1000mm，所需最小通道宽度为1150mm，CTU旋转半径为1850mm，旋转所需通道宽度为2050mm。库区功能分区图，见图4；库区布置图，见图5。
图4 库区功能分区图
图5 库区布置图
本项目分为以下三个部分：料箱入库、料箱出库和料箱无人配送小车进行配送，其详细流程如下：
1.料箱入库流程
（1）整箱人工入库
货物到达仓库后，人工根据采购单清点核对货物，检查物料的名称、代码、图号、规格、颜色、数量是否与实物一致，并对包装和外观进行检查，核对无误后办理报检或入库手续。
人工3D建模后，将标准料盒放置在入库货架上备件库，通过PDA扫描库位进行绑定，信息绑定后由CTU根据上位系统的调度搬运至指定的料箱货架进行存储。
（2）具备标准小件拣选机械手抓取处理的备件入库
人工将物件放置在皮带输送线上，通过3D建模后，由机械手码放在空箱内，然后由CTU根据上位系统的调度帮运至指定的料箱货架进行存储。
2.料箱出库流程
（1）标准小件拣选机械手出库
CTU根据系统指示将料箱搬运至拣选区自动拣选站台，然后由小件拣选机械手按拣选任务将料箱中的备件拣选至任务料箱中，拣选后的剩余备件料箱由CTU搬运至货架存储，在货架中按照单品规固定位置存放的原则进行存放。
（2）非标准小件出库流程
对于外形尺寸不规整、无法采用机械手拣选的备件，CTU根据系统指示将料箱搬运至拣选区的站台进行人工拣选，人工根据电子标签的提示将备件放置任务料箱中，拣选后的剩余备件料箱由CTU搬运至货架存储，在货架中按照单品规固定位置存放的原则进行存放。
3.料箱无人配送小车的配送流程
出库拣选后的任务料箱，人工放置在无人配送小车载货台位置，小车根据指定的线路配送至接货点。
三、总结
本文结合烟草零部件高架库状备件库，将料箱机器人用于红塔烟草物流中心的零部件高架库自动化升级改造中，不仅能够自动识别、抓取、分拣、搬运不同种类的料箱，而且节降低工作人员走动搬运的劳动强度，减少工伤事故的发生的可能性，提高工作安全性，同时也降低了企业成本。CTU具有非常广阔的发展前景，随着技术不断进步和应用场景拓展，CTU将会在更多领域得到应用，助力智能制造和物流行业发展。
本文源自《物流技术与应用》2023年09期机器人增刊
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