【用于机器人控制的混箱码垛系统需求分析综述3200字】

用于机器人控制的混箱码垛系统需求分析综述目录TOC\o"1-3"\h\u24417用于机器人控制的混箱码垛系统需求分析综述 1271231.1基于实际应用场景的混箱码垛问题分析 183591.1.1混箱码垛应用场景介绍 111511.1.2混箱码垛问题分析 2244571.1.3混箱码垛仿真系统需求分析 380391.2用于机器人控制的混箱码垛系统的功能需求分析 4324601.1.1基础数据管理功能模块 4313561.1.2码垛方案生成功能模块 5274781.1.3垛型预览编辑功能模块 697511.1.4可视化展示功能模块 6混箱码垛是智慧物流发展趋势下机器人自动码垛尚需攻克的环节，以往依赖人工经验的码垛工作不足以应对混箱码垛的需求。大量碎片式订单的出现对机器人自动码垛在最优化、个性化等方面提出更高的要求。基于实际码垛场景下，分析订单中产品箱子码垛需求与特性，构造高效合理的一个码垛方案，同时在此基础上建立一个可视化的混箱码垛平台，仿真调度待码垛箱子，检验码垛方案的合理性。这样既可提高机器人码垛效率，又可指导实际码垛过程。1.1基于实际应用场景的混箱码垛问题分析以下以某食品公司实际仓储工厂为例，分析其混箱码垛环节存在的问题。1.1.1混箱码垛应用场景介绍某食品公司在实际仓储工厂中搭建码垛系统设备，如图2-1所示。配送物流科人员根据客户提交的订单制定托盘码垛计划，立体库将待码垛产品拣货出库。经传送带运输待码垛产品至机器人的码垛工位，此时由码垛机器人执行单一箱型的码垛工作，对于零散多种箱型的混箱码垛工作依赖人工进行码垛。输送系统输送满托盘垛型进行缠绕膜与贴标工作，最后由叉车运输物料。图2-1机器人码垛系统布局模型示意图在混箱码垛环节中，码垛机器人来执行码垛工作。应将整个订单分配成若干个垛，并对各个垛型规划混箱码垛垛型方案。其中，混箱码垛垛型方案应包括每个垛中各个产品的码放空间位置以及待码垛次序。以某食品公司实际码垛场景为例，由于当前市场上已有的码垛机器人仅能进行单一箱型的码垛工作，需要由具备机器人或自动化专业知识的工人提前进行示教过程。码垛机器人将订单中的单一箱型货物堆码成满垛后，对剩余的零散货物则依赖于人工经验进行码放。而实际仓储物流中产品种类繁多，对应箱型的尺寸不同，且产品更新换代快。客户提交的订单中待码垛产品更具多样化，仅设计单一箱型的码垛方案不足以满足码垛业务需求。因此，混箱码垛不仅需要处理单一箱型的码垛方案，也需要得到多种箱型的解决方案。1.1.2混箱码垛问题分析码垛是仓储物流中的重要环节，以某食品公司实际仓储工厂为例，对混箱码垛问题进行以下分析。1）输入：以Excel订单形式的测试用例数据来源。结合实际调研，工作人员通过系统从客户的订单中获取下一班次的取拣货产品清单。将清单的产品的型号、产品的品规尺寸、每款产品需拣货数量、立体库中产品数量等信息进行数据处理。了解到订单作为混箱码垛的数据来源，且通常采用Excel表格形式待码垛的产品种类繁多，产品规格也多种多样。如图2-2所示，对于客户订单中需拣取的多行数据中，包含同尺寸箱型、弱异构箱型以及强异构箱型的情况。要获得混箱码垛的实际测试用例，需从订单中提取每个产品箱型的属性信息。如箱子的产品编码、产品名称、长、宽、高、重量、待码垛数量。因此通过分析订单特性，将订单信息按照每类产品编码自动拆分，得到涵盖订单所有产品种类，每类箱型的尺寸规格以及待码垛箱子的数量。图2-2混箱码垛输入数据2）输出：生成包含垛型具体空间位置和码垛次序的混箱码垛垛型方案。结合实际调研，混箱码垛环节最终得到的混箱码垛方案，包括垛型具体空间位置和码垛次序。其中垛型具体空间位置是指每个托盘最终码放的数量以及垛中各个产品的空间位置。系统将码垛顺序作为拣货顺序，和清单一起发送给立体库系统，以驱动立体库出库。机器人码垛系统依据垛型数据以及码垛次序生成机器人作业清单，下放机器人执行相应的抓取摆放工作。实际应用场景中机器人依据混箱码垛结果进行码垛工作的示意图如2-3所示。图2-3机器人依据混箱码垛方案进行码垛工作的示意图1.1.3混箱码垛仿真系统需求分析对于混箱码垛方案需设计一个仿真可视化系统来进行验证其合理性。若系统仅给出最终垛型结果图，不能灵活地全方位展示码垛结果。且未展示整个订单中对应的完整动态码垛过程，也不能提供对应垛型中每个箱子所在空间位置以及调度箱子的顺序，进而无法在进行调度机器人之前，对码垛结果进行仿真验证合理性。因此无法提供良好的码垛指导。其次，对实际码垛环节设计一个仿真可视化系统有助于提高企业的信息化管理。经实际调研，实际工业待码垛数据由Excel表格的形式，应设计合理数据接口，避免人工手动录入数据出错，便捷获取待码垛箱子信息，提高工作效率。针对传统混箱码垛依赖人工经验的痛点，将不具备自动化专业知识的员工作为系统使用用户。设计一种用户仅需在软件界面中对接一些产品订单、托盘规格等信息，便能进行混箱码垛的系统。1.2用于机器人控制的混箱码垛系统的功能需求分析在上节中分析了实际场景下混箱码垛问题的输入与输出，在此基础上提出系统的总体解决方案，主要分为三个功能模块，即基础数据管理模块、码垛方案生成模块以及可视化展示模块。用于机器人控制的混箱码垛系统的总体结构设计图如图2-4所示。图2-4用于机器人控制的混箱码垛系统的总体结构设计图1.1.1基础数据管理功能模块基础数据管理功能模块是对码垛基础数据进行管理，包括3个子模块：订单信息管理、货物信息管理、托盘信息管理。在码垛订单的输入环节设计对应的订单导入数据接口对订单信息进行管理，解析获取选定的取拣货产品清单。货物信息管理是将清单中待码垛产品的型号、产品的尺寸、产品需拣货数量等信息进行数据处理，转化为标准待码垛箱子模型。依托数据库存储每类类产品的箱型结构，存入箱型数据库。托盘信息管理包括设置托盘尺寸数据以及设置实际码垛过程中托盘的可冗余长度。该模块的用例图如下图2-5所示。图2-5基础数据管理功能模块的用例图1.1.2码垛方案生成功能模块码垛方案生成功能模块是结合实际需求设计一种混箱码垛算法来合理制定码垛方案。包括3个子模块：混箱码垛算法执行、混箱码垛结果生成、供箱序列保存。在码垛方案的生成环节，应基于边界约束、几何约束、重量约束以及稳定性约束的对混箱码垛问题进行数学建模，综合考虑算法时间性能、托盘利用率以及垛型最终的稳定性，设计一种混箱码垛算法来合理布局每个托盘对应的稳定垛型。通过Unity技术设计生成3D混箱码垛垛型。该算法应针对订单中待码垛箱型多样化的特性，设计适用于强、弱异构箱型的码垛方案。还需生成的含有每垛型垛号、层数、箱子具体空间位置以及码垛顺序的供箱序列，上传至数据库，使机器人直接获取码垛数据，简化码垛编程过程，为指导实际码垛过程。该模块的用例图如下图2-6所示。由于混箱码垛算法的设计与实现是本文的一个核心研究点，将在第三章进行详细说明。图2-6码垛方案生成功能模块的用例图1.1.3垛型预览编辑功能模块垛型预览编辑功能模块是结合实际需求设计一种混箱码垛算法来合理制定码垛方案。包括2个子模块：垛型预览、垛型编辑。在码垛工作的调整更新环节，应设计3D手动编辑功能，可用于当前订单中待码垛箱型数量为一种时，对该箱型的码垛垛型可以通过该功能进行手动编辑与调整。同时基于对实际场景突发状况的考虑，出现新产品时需要录入新的产品箱型数据以及其码垛方案。满足面对公司产品生产研发的更新换代时，通过手动编辑功能对新增产品箱型码垛方案的录入与输出，有利于完善企业码垛方案的信息化管理。该模块的用例图如下图2-7所示。1.1.4可视化展示功能模块可视化展示功能模块是结合实际需求设计一种混箱码垛算法来合理制定码垛方案。包括3个子模块：多个托盘垛型切换、多视角切换、码垛过程动态演示。在码垛过程的指导环节，应实现码垛过程的三维动态可视化展示。对于一个订单中混箱码垛结果，在3D场景中包含多个托盘垛型。可以通过鼠标选择