自动化立体仓库的若干设计和控制问题及其研究进展

总结了近年来在自动化立体仓库设计和控制方面的最新研究成果。重点讨论了自动化立体仓库设计过程中的硬件参数确定、存放规则、堆垛机待命位以及存放序列规划,并指出自动化立体仓库在设计和控制方面的研究方向。     

自动化立体仓库的若干设计和控制问题及共研究进展

总结了近年来在自动化立体仓库设计和控制方面的最新研究成果。重点讨论了自动化立体仓库设计过程中的硬件参数确定、存放规则、堆垛机待命位以及存放序列规划,并指出自动化立体仓库在设计和控制方面的研究方向。     

一轨双机自动化立体仓库货位分配优化研究

以一条轨道两台堆垛机模式的自动化立体仓库货架的货位分配问题为研究对象,引入历史专家知识库,减少堆垛机的碰撞、避让、等待,建立以堆垛机出入库的运行距离最短为目标函数的动态货位分配模型。通过比较动态货位分配方法与货位就近分配策略两种方法,动态货位分配策略减少了一轨双机自动化立体仓库中堆垛机的作业路程,计算验证得出动态货位分配是有效的。     

堆垛机动态参数设定与出入库效率的匹配

物流系统因其本身占地空间或者消防规范的限制,在规划时巷道长度和总体高度、托盘尺寸等参数基本已经定型,在配置堆垛机时只需考虑其动态参数。目前国内主流堆垛机运行和起升速度最高分别能达到160 m/min和40 m/min,而国内集成商在配置堆垛机时往往按照极限值进行配对,以求达到更高效率。追求更高加速度和更快速度,轻则造成电机功率不匹配、使用效果得不到提升而采购成本却大幅增加,严重时还会影响出入库效率。因此合理匹配堆垛机的动态参数尤为重要。文中对一个典型工程案例进行剖析,对其出入库效率进行计算,随后提出一种优化其动态参数的方法,对堆垛机的效率和成本进行对比,并提出一种工程规划中适用的动态参数匹配方法。     

同轨双车运行模式下的堆垛机调度策略

大型立体仓库普遍存在巷道纵深过长的问题,为提高其存储效率,多采用两端式同轨双车运行模式。为解决该运行模式下双堆垛机碰撞及存储效率问题,对存储任务的分配方式和堆垛机的调度路径进行了研究。以两台堆垛机完成存储任务的运行时间为评价标准,在存储任务分配给两台堆垛机时,提出防碰撞原则,避免发生碰撞,在此基础上建立基于单一任务、复合任务并存的双堆垛机调度模型。运用改进的化学反应优化(ICRO)算法对双堆垛机的调度路径进行优化,通过在迭代过程中增加调整存储任务分配结果的步骤,获取同轨双车运行模式下双堆垛机调度模型的最优解,实现其存储效率的最优。仿真验证表明,该研究可以有效避免双堆垛机的碰撞,提高大型立体仓库的存储效率。     

两端式自动化立体仓库布局堆垛机调度

针对两端式自动化立体仓库出/入库任务序列的分配方式和堆垛机的调度路径展开了研究。以堆垛机执行出/入库任务的时间为存储效率的评价标准,考虑货物出/入库台的分配问题,建立了单一命令与复合命令两种作业方式并存的堆垛机调度模型。运用涡流搜索算法优化堆垛机的调度路径,获得了堆垛机调度模型的最优解,实现了存储效率的最优化。仿真验证表明,该方法可以有效分配货物的出/入库台,优化堆垛机调度路径,提高仓库的存储效率。     

基于遗传算法的堆垛机路径优化

分析了自动化仓库堆垛机拣选作业的运行特点,并将堆垛机的路径优化问题归结为旅行商问题(TSP)来求解,通过计算货位点所在的坐标位置产生拣选点,运用基于顺序表示的遗传基因编码方法——Grefenstette编码,在MATLAB软件上编制并运行了堆垛机的访问路径优化程序,通过仿真试验和工程实际应用表明,遗传算法在优化路径问题中的收敛速度显著加快,且能有效提高系统的工作效率。     

立体仓库智能堆垛机控制系统设计

针对传统立体仓储中空间不足、存储效率低下以及货物周转率较低等问题,提出基于可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC）与人机交互画面的智能堆垛机控制系统。首先,介绍智能堆垛机的结构组成、工作原理及功能。其次,详细阐述智能堆垛机控制系统中的硬件选型、硬件连接以及软件设计。最后,将智能堆垛机控制系统进行调试仿真。仿真结果表明,该控制系统具有良好的可靠性和可行性,可为企业货物解决传统仓储问题提供有效的解决方案。     

基于ADAMS的转轨堆垛机虚拟样机建模及运动仿真

基于三维造型软件UG构建了转轨堆垛机三维实体模型,在ADAMS中建立转轨堆垛机的虚拟样机模型并对其进行运动仿真,重点分析了转弯过程中堆垛机的速度变化规律,得到了堆垛机的动态轮压、运动轨迹等,为堆垛机的速度规划及结构设计提供了行之有效的分析方法。     

基于油田管类产品堆垛机器人结构设计和强度分析

双立柱有轨巷道堆垛机是自动化立体仓库中应用最广泛的物料搬运设备,也是物流仓储系统最重要的设备。此异型堆垛机器人基于油田钻井管类自动化存储设计的,整体控制系统优化了普通堆垛机的控制系统。机械结构更适合管类产品的自动化存储,自动化立体仓储已成为企业现代化的标志之一,稳定可靠实用的堆垛机器人是关键。此堆垛机器人的稳定可靠性的关键在于机械手部,文中对机械手部分进行力学分析强度校核。     

Sensorless control for switched reluctance motor based on special position detection

This paper proposes a new sensorless control approach for switched reluctance motor (SRM) in the single pulse control mode in high speed operation. The sensorless method uses the cross point position of transformer electromotive force (EMF) and motional back electromotive force (BEMF) to estimate the rotor position. The cross point position can be derived from the inductance model of SRM, and it is regarded as reference position. The rotor position can be calculated by detecting the special position for each electrical cycle. The proposed position estimation method is not affected by the magnetic saturation of SRM. Importantly, no additional hardware and no complicated computation or memory storage are required with the proposed method. Finally, the simulation and experimental results on a three-phase 12/8-pole SRM demonstrate the validity of the proposed sensorless scheme.     

基于三次加速度曲线的巷道式堆垛机仿真分析

随着堆垛机向高速化方向发展,立柱的摆动问题日益重要。本文以昆明船舶设备集团研发的TD115单立柱堆垛机为例,采用MSC／Adams模拟分析了堆垛机加速度大小及平顺性对其振幅的影响,分析仿真的结果表明：通过采用基于三次曲线的加速度控制方法,可以使加速度变化平滑,从而降低立柱摆动。最后,提出了基于三次曲线加速度的堆垛机控制策略。     

空间曲线的直线圆弧逼近算法研究

提出了一种利用直线段和圆弧逼近空间曲线的计算方法。其基本原理是,首先人为将空间曲线近似分解为一定数量的直线段和圆弧段,并给出切点的坐标值作为初值。然后用点到直线的平均距离以及点到圆弧的平均距离作为搜索目标,通过采用模式搜索算法,逐个切点坐标进行调整,经过多次循环迭代,最终获得与原空间曲线的误差为给定误差的由直线和圆弧组成的空间曲线。计算结果表明,该算法稳定,计算效率及精度高,适合于空间曲线的逼近。     

关节空间样条的连续点位运动规划算法

为了提高工业机器人的运动平稳性和快速性,保证机器人在走曲线时能够准确到达各示教点并且实现平滑过渡,提出一种基于关节空间样条的连续点位运动规划算法。以关节空间的单个轴为例,从一般三阶S曲线轨迹出发,为了保证规划得到的加速度不跳变以及样条曲线能够保形,在两个相邻示教点之间插入n个中间点,将一段轨迹分为n+1段,根据该关节起点和终点的位置、速度和加速度以及插入点位置、速度、加速度连续的边界条件,可以得到新的规划轨迹。最后通过实验比较验证,该规划算法能够快速实现过程点的准确到达并且加速度没有跳变、曲线能够保形,具有实际推广价值。     

基于广域空间的自由曲面宽行加工方法

为提高自由曲面环形刀五轴精加工的效率,在广域空间中分析刀具的干涉误差,对曲面宽行加工的刀具方位优化方法进行研究。首先根据环形刀刀具特性,定义曲面可能干涉的区域为广域空间,然后将广域空间离散点集变换至刀具坐标系中,计算刀具刀刃曲面的干涉误差,从而构建刀具的实际切削轮廓,并在此基础上精确计算有效的加工带宽。最后,通过建立刀具方位与加工带宽的函数关系,以加工带宽最大化为目标,实现环形刀五轴宽行加工刀具方位的自动优化。算例及试验表明,在相同的残留高度要求下,广域空间方法较之现有的二阶泰勒逼近方法,切触点轨迹长度减少了15.74%,说明基于广域空间的刀轴优化方法是实现自由曲面宽行加工的有效途径。     

基于故障树分析法的巷道堆垛机可靠性分析

以某烟厂自动化立体仓库系统中巷道堆垛机为研究对象,运用故障树分析法(FTA),建立了其关键部件的故障树分析法模型。通过对FTA模型最小割集的求解,得出巷道堆垛机不能正常工作的故障模式和关键故障因素;并根据某烟厂对于巷道堆垛机基本部件平均故障率的历史统计结果,对FTA模型进行了定量分析,计算出巷道堆垛机发生故障的概率,进而提出了改进措施和注意事项。结果表明,故障树分析法是研究烟厂物流设备可靠性问题的一种有效方法。     

自适应变尺度特征点提取方法

为了提高特征点匹配速度,设计了一种自适应变尺度构造图像金字塔的特征点提取方法。该方法采用FAST特征点数量作为尺度空间信息量的度量,利用相邻两层模糊图像的信息量差作为金字塔分层依据,通过调整尺度参数,使相邻图像间的细节特征均匀变化;并使用匹配点数量阈值控制金字塔的高度,设计利用"边匹配,边构造"的图像匹配策略来提高特征匹配的效率。最后,将所设计方法与SIFT、FAST、ASIFT三种特征提取方法进行比较。实验结果表明:所设计方法在变尺度条件下的正确匹配率可以达到43.59%,与SIFT相比提高了25.51%,提取的特征点在目标经历各种光照、角度等变化之后仍能正确表示目标。本文所设计方法根据目标图像特点自适应选择参数,不需要人工调整就可获得理想的匹配效果,能适应各种变化条件下的特征提取和匹配工作,并能提高特征提取和匹配效率。     

三自由度Delta并联机械手轨迹规划方法*

以三自由度Delta并联机械手为研究对象,针对其高速搬运作业下的操作空间和关节空间的轨迹规划策略进行研究。结合实际作业需求,对机械手末端运动轨迹的关键路径点进行设置,建立点到点的搬运作业轨迹。以机械手运动学逆解模型为基础,在操作空间利用3-4-5次多项式运动规律建立操作空间运动特征到关节空间运动特征的映射关系。以机械手运动学正解模型为基础,在关节空间利用五次非均匀有理B样条(NURBS)运动规律建立关节空间运动特征到操作空间运动特征的映射关系。在运动轨迹关键点位置及运动时间相同的条件下,对两种轨迹规划方法进行计算机仿真,对比分析机械手关节角度、角速度和角加速度等运动特征,并通过物理样机试验进行验证。结果表明关节空间内基于五次非均匀有理B样条运动规律的轨迹规划方法在减小运动过程中机械手振动和降低电动机功耗等方面优势明显。     

空间摄像机热控系统设计

根据摄像机所处空间环境和结构特点,设计它的热控系统,同时进行了热平衡试验来验证热设计的合理性.首先,总结了摄像机热设计的准则,分析了摄像机所处的空间热环境.然后,对摄像机的各个部分进行了热设计;采用被动热控措施进行热隔离和热疏导,充分利用了摄像机所搭载的卫星平台的热容;采用主动热控措施将温度控制在热控指标范围之内.最后,根据摄像机的热环境和各种工作模式设计了4种极端试验工况,并进行了热平衡试验.试验结果表明,摄像机在存储工况时,其温度与安装面温度相差3℃左右,满足存储温度指标要求;低温工况和高温工况时,其整机温度为-3.1℃和45.7℃,镜头温度为-4.5℃和46.8℃,均满足热控指标要求.试验结果证实设计的空间摄像机热控系统合理可行.     

自动化仓库模块化单元式货架的优化设计

提出一种模块化单元式货架自动化仓库。根据仓储空间损失最小的原则,建立了货架的数学模型,对结构进行了优化,并与普通单元式货架进行了比较分析。用此仓库频繁存储不同种类、不同大小的货物,能更有效提高空间利用率和存储灵活性。