物料搬运操控系统及方法

物料搬运操控系统及方法

蔡万春

国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司  新疆哈密市伊州区 839000

摘要：进入21世纪，物流行业得到快速发展，随着自动化技术的不断进步，物流行业也在朝着自动化、集成化、智能化方向发展。为了实现对物料进行智能识别、抓取、搬运、摆放等操作，智能物料搬运小车应运而生。结合发展现状，我们设计了一款基于多传感器的智能物料搬运小车，使用红外传感器、颜色识别传感器、加速度传感器、高精度摄像头等进行数据采集与识别，单片机将采集后的数据进行算法处理，控制小车进行路径规划、物料识别、机械臂抓取、物料搬运等动作，进而实现智能搬运，提高工作效率。本文对物料搬运操控系统及方法进行分析，以供参考。

关键词：物料搬运；操控系统；方法

引言

市场决定产品的开发方向、企业的经营规模和行业的持续发展。物料搬运机械企业非常重视全球同行业相关数据信息的收集和市场动态变化趋势及规律的研究，研究了近年连续卸船机市场对产品节能环保、装卸效率和防振防噪等的个性化需求；研究了能在地铁等窄小空间施工作业的履带起重机产品的市场以及运输、组装和拆解的便利性要求；对建筑塔式起重机、对港口集装箱起重机、对通用桥门式起重机、对铸造起重机、对船厂门座起重机、对流动式起重机（包括履带起重机、汽车起重机、越野轮胎起重机和随车起重机等）产品的市场和发展历史分别进行了定性的研究和总结。

1改进强化学习的准时化物料搬运系统

1.1概述

车间物料搬运系统的调度是制造企业流水车间生产控制系统的重要组成部分，它连接了不同工序和车间，准时高效的物料搬运调度可以有效的提升企业的生产效率和经济效益。为了避免因物料配送延误造成的装配线停工损失，同时减少搬运成本和装配线线边零件库存的堆积压力，学者们经过研究，提出了许多优化求解方法，例如采用数学规划方法、启发式算法以及各种智能搜索方法进行研究。而实际制造过程中可能存在一些随机事件，例如产品配比变化或机器设备故障等，这些都会造成系统参数、状态的随机变化，使车间物料搬运调度问题具有动态性。针对动态调度问题，学者也提出了一些基于混合智能搜索方法的调度方法，但由于其本身的复杂性，至今尚未形成可行有效的系统理论与方法。而近年来强化学习作为一种较新的研究方法引起了广泛关注，其属于机器学习中的无监督学习，通过不确定的环境奖赏发现当前状态下的最优的行为序列，实现动态环境下的在线学习，为解决较大规模的动态优化问题提供了一种新的思路。考虑到传统的Q学习算法在实际应用中存在Q表过大难以存储，算法收敛时间长，易早熟等问题，因此本文引入神经网络对最优动作进行预测，在此基础上设计了双参数贪婪策略以改进动作选择策略的利用机制，形成了基于改进Q学习的车间物料搬运实时调度方法，有效提高了强化学习的车间调度方法的性能表现。

1.2状态空间设计

混流生产模式的应用要求物料搬运系统的调度性能也随之提升，本文通过充分利用生产系统的实时状态信息，结合前瞻信息，提取了考虑工作站上零件松弛时间的系统状态特征，以满足更强的柔性和实时性要求，使得零件能准时配送到相应的工作站，避免发生缺货。生产制造系统实际的状态信息包含了系统在某个时刻的所有状态特征信息，考虑到系统的复杂性，若把所有系统状态的特征信息都囊括在内，强化学习模型的复杂度将大为增加。为了进一步简化车间物料搬运系统的调度决策模型，同时保证决策模型的精确度，有效地应用强化学习方法进行求解，本文结合生产系统的前瞻信息和实时信息进行处理，选取车间物料搬运调度过程中的最为重要的状态特征。

2机械结构设计

机械手主要用于抓取和握紧物料。由于物料的形状、尺寸、重量均具有不确定性，所以需要设计能抓取多种类型物料的钳形手抓。钳形手抓松开和夹紧物料，是通过指的张开与闭合来实现。传动机构采用回转型传动机构，用其中一个舵机来控制钳形指的张合，用另外一个舵机控制连杆实现机械手在特定平面内自由运动。

3操控系统详述

3.1系统逻辑及组成

该系统依据智能制造车间实际情况设计，其自动运行时的循环运行逻辑为：当起重机当前状态为空闲时，管理调度控制系统下发给起重机去指定位置取/放的搬运任务，可编程逻辑控制器内的自动运行功能将管理并控制起重机执行，完成任务后反馈给管理调度控制系统，再标记起重机状态为空闲，期间在起重机运行时空间安全管理系统提供整个工作空间的实时警戒、安全管理，保障运行安全。若起重机正在执行任务则新任务依次排列，待当前任务执行完成却遇任务执行受阻（如超载等情况），该任务将搁置等待人工处理，继续执行队列任务。同时，上级厂级集控站拥有权限修改任务队列排序及中断自动运行。物料搬运操控系统的组成包括全自动模式和非全自动模式。全自动模式主要包含服务自动运行的管理调度控制系统和空间安全管理系统，管理调度控制系统主要有三维坐标系下的各区域点位坐标标记、新增搬运任务生成、当前任务管理、历史任务记录等功能；空间安全管理系统主要有激光3D扫描设备实时扫描下的静态障碍规避、动态障碍警告规避、高精度扫描对接等功能。以上2系统都与控制起重机各机构运行的可编程逻辑控制器相通讯，并实时交换数据保障运行。非全自动模式即包含了操作台、遥控器、远程操作台等传统手动控制方式。

3.2可编程逻辑控制器功能

可编程逻辑控制器可以控制起重机的各机构运行，具有运行机构定位与校正、超载报警、变频器驱动电动机运动、操作台或遥控器手动控制运行、吊物防摇晃等功能，与管理调度控制系统通讯连接，且配备有适应取放目标物料的吊具，吊具四周安装有激光3D扫描设备，可提供环绕吊具360°的扫描数据，以支持精确拾获和放置以及提供运行中的吊物防碰撞功能，同时还安装有传感器用于检测抓放是否到位。执行自动运行功能，依据管理调度控制系统给出的搬运任务去往搬运坐标，依靠位于特殊吊具上的激光3D扫描设备实现吊具与目标物料的精确抓取、放置。另外，该自动运行模式可方便快捷切换为手动操作模式，此时操作人员可按照常规模式使用操作台或遥控器目视操作起重机执行搬运任务。

结束语

综上所述，近10a物料搬运机械产品拥有量年均增长率仅有0.63%，市场总体处于基本稳定并略有微涨的状态，通用起重机、流动式起重机、电梯和吊篮4类产品拥有量分别占物料搬运机械拥有总量的49%、28%、15%和7%，该4类产品拥有量之和占物料搬运机械拥有总量的约99%。通用起重机拥有量2012年同比下降6.1%，2013年起连续8a处于微增长状态，年均同比增长约0.66%，2020年通用起重机拥有总量为130634台，比2011年的132014台还少1380台，市场主要满足替换需求，新增数量有限；流动式起重机和电梯近10a总体处于增长状态，年均同比增长分别为1.44%和1.7%，2020年拥有量分别为78031台和42750台，该2类产品是支撑物料搬运机械行业市场微增长的主要动力。

参考文献

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