文｜杭州蓝芯科技吉印通 张春雨
摘 要：随着工业自动化程度提高，AGV/AMR在软包印刷企业逐渐得到广泛的应用，且前景广泛，AGV是智能物流搬运系统中的重要组成部分，在生产工序的各个工艺流程之间起到物料搬运枢纽作用；移动机器人结合*D视觉+AI技术在软包印刷企业的应用及功能介绍，为软包印刷企业从传统工厂到智能物流工厂的升级改造和技术推广应用具有重要的意义印刷。
关键词：AGV/AMR、印刷工厂、*D视觉、物流系统
一、背景
软包印刷企业属于典型离散型制造业，产品的生产主要由印前、印中、印后等工序构成；印刷产品具有多品种、小批量、多批次的特点，使其各工序之间涉及大量的物料转运，导致工作劳动强度大、招工难、管理混乱、效率低，这就需要软包印刷企业对工厂进行自动化、数字化、智能物流升级或改造，逐步实施少人化或无人化的智慧型工厂；智能物流向产业化细分行业发展，不同的软包印刷企业对智能物流设备的使用存在较大的差异印刷。因此物流装备企业需要熟悉印刷企业的工艺要求和业务流程以及技术特点，了解印刷行业和智能化物流技术发展趋势；随着软包印刷企业对智能物流的深入了解及自身企业的业务形态分析和细化物流在各工序之间的应用，移动机器人（AGV/AMR）是未来智能物流搬运的柔性化发展方向，为软包印刷企业从传统工厂到智能工厂的升级改造提供一种建设性思路。
二、智能物流在软包印刷行业的作用
对于现代软包印刷企业来讲，合理规划生产布局和物流搬运非常必要印刷。合理的生产布局要以生产工艺流程（如图1）为基础来规划和布局生产设备的空间位置，同时要兼容生产所需的物料以及各工序之间物料周转的物流空间；物流规划除了与整体新建厂房或现有厂房的结构空间布局有关外，还要考虑生产设备的使用功能及特点，减少不必要的物流搬运互相交叉作业，避免影响整厂或整车间的生产效率，增加人工的劳动强度。
软包印刷企业的生产物流
在新建厂房或改造现有车间的智能物流规划时，主要是按照生产产品的工艺流程多考虑U型布局或受布局空间的局限性可以考虑L型印刷。布局的生产设备、物料搬运、物料周转的缓存等，可以减少不必要的因产品种类多、工艺不同所产生的物流搬运交叉，达到物流搬运时间短、减少中间缓存的效果。生产制造和物流搬运布局的合理性和先进性，是印刷企业对智能物流系统建设的长期发展方向。
智能物流是软包印刷企业重要的组成部分，作为传统离散型制造业的软包印刷企业，也深受智能制造、智能物流、智能生产、智能工厂的理论体系的启发印刷。智能物流系统是连接生产各个工序之间、车间之间、仓储之间的物流搬运系统；在软包印刷行业中引入智能物流搬运移动机器人，为软包印刷企业在生产与物流搬运环节提供了更柔性化的智能物流解决方案。
三、移动机器人在软包印刷行业使用功能及介绍
1.移动机器人场景应用特征
智能移动机器人基于信息化技术、*D视觉技术、控制技术的标准化，驱动软包印刷企业的产业化升级和改造印刷。移动机器人调度控制系统与MES、WMS等管理系统协作，通过计算机进行集中调度、监控、管理、以及运行状态。移动机器人具有管理系统化、操作信息化、作业自动化、数据智慧化、网络协同化、布局柔性化等突出特点（如图2）。
图2：印刷机上下料移动机器人
（1）管理系统化
智慧物流系统是通过WMS、WCS等管理系统进行集中管理，集成调度，并与印刷各个工序、人力资源、器具、信息数据等集成在一起进行统一管理控制印刷。
（2）操作信息化
（*）作业自动化
智能移动机器人应用于软包印刷印中工序的放卷和收卷，能够实现自动存放等作业活动，作业环节实现无人化，作业效率大大提升印刷。
（*）数据智慧化
智能移动机器人在执行作业过程中，能够实时记录作业数据，并将数据信息上传至信息管理系统，通过数据的集中存储管理与分析，处理各项运行控制与管理决策活动印刷。
（*）网络协同化
智能移动机器人调度系统与企业管理系统、生产系统、仓储管理系统等有机对接，形成一种智慧物流链，使企业的物流系统智能化印刷。
（*）布局柔性化
软包印刷企业可以根据不同的工序场景实施布局和落地，也可根据企业发展的需要增加物流装备及机器人的数量印刷。
2.移动机器人自主定位及导航系统
定位对接：确定上下料移动机器人在运行环境中相对于全局坐标的位置及航向；
路径规划：环境已知的全局路径规划印刷，基于传感器信息的局部路径规划；
导航：当前同步定位与建模技术SLAM导航；
避障：行驶中通过传感器感知到静态和动态物体时，能有效地避障印刷。
*.移动机器人关键参数
移动机器人的设计关键参数主要包括：额定承载、搬运物料规格、最大转弯直径、阶梯举升高度、行驶速度、对接补偿空间距离等印刷。如表1所示。
*.移动机器人安全检测与防护
移动机器人智能系统在任务执行、物料对接等环节的安全检测，是移动机器人正常运转的先决条件，也是重点设计对象印刷。基于移动机器人的智能物流调度系统在搬运场景的控制，安全检测主要从车体本身、与车体对接机台上下料装置两方面考虑。
移动机器人的运行安全防护有以下几个方面：
（1）非接触式防护
（2）接触式防护
即安全触边，当移动机器人与障碍物发生碰撞并触发安全触边，移动机器人将采取急停措施，该安全措施起到避免二次伤害印刷。
（*）声光报警与急停按钮防护
移动机器人正常行驶时会有三色灯和音乐喇叭提醒行人注意避让；移动机器人上设有位置明显易见的急停开关印刷。
*.上下料移动机器人的*D视觉的应用
图*：*D视觉对接相机
（1）输出特性
*D视觉采集待测对象，并输出深度图，提供简单的接口可直接获取强度图、深度图、伪彩色深度图和点云图像，所有图像坐标系严格对齐，分辨率为12*0×102*印刷。支持高动态范围模式，可灵活配置参数实现不同反射率物体的测量；匹配特有处理算法在小幅抖动下快速获取准确的三维信息。
（2）视觉探测范围
*D视觉探测区域示意图（如图*），相机横向探测角度为**°，纵向探测角度为**°，最佳实用距离**0mm印刷。
图*:*D视觉探测区域示意图
（*）产品特征
图*：*D视觉相机机台对接
*.移动机器人产品优势
精确定位:采用激光SLAM自主定位导航印刷，支持二次定位，定位更准确；
精准对接：采用自主研发*D视觉对接印刷，托举机构支持前后右左平移；
全向底盘：采用舵轮驱动印刷，移动更灵活；
自研核心：采用自主研发的主控及业务模块印刷，集成化高，稳定性；
安全防护：采用*D视觉避障，智能检测低矮障碍物，行驶更安全印刷。
四、软包印刷行业移动机器人的场景应用
1.印刷机台放卷和收卷动作流程
在软包印刷企业，由生产管理系统或单独机台下达任务指令，移动机器人实现与机台信息的交互对接，并根据任务类型自动调度移动机器人完成印刷机台的放卷和收卷任务；移动机器人与机台的放卷动作流程与收卷动作流程类似，动作流程如图*所示印刷。
图*：移动机器人放卷和收卷工作流程
移动机器人对接机台放卷：动作示意如图7-a所示，移动机器人根据WCS（Warehouse Control System）控制系统任务指令，通过RCS调度系统上下料机器人执行搬运任务移动至印刷机台上料点印刷。移动机器人对印刷机台内的异物进行安全检测，安全检测后移动机器人打开*D相机摆臂至到位，托举机构升高一定高度（图7-a-放卷动作1）；移动机器人的托举机构调整X、Y、Z轴方向的空间距离，印刷机台的气胀轴自动伸出至顶住卷料轴芯内侧（图7-a-放卷动作2）；印刷机台的气胀轴夹紧确认后，移动机器人的*D相机摆臂回位，托举机构先下降后归位（图7-a-放卷动作*），移动机器人退出印刷机台上料点，任务结束移动机器人执行下一任务。
移动机器人对接机台收卷：动作示意如图7-b所示，移动机器人根据WCS控制系统任务指令，通过RCS调度系统上下料机器人执行搬运任务移动至印刷机台下料点印刷。移动机器人对印刷机台内的异物进行安全检测，安全检测后移动机器人打开*D相机摆臂至到位，托举机构升高一定高度（图7-b-收卷动作1）；移动机器人的托举机构调整X、Y、Z轴方向的空间距离，托举机构升高直至接触卷料后停下；印刷机台的气胀轴缩回直至原始状态（图7-b-收卷动作2）；印刷机台的气胀轴至原始状态确认后，移动机器人的*D相机摆臂回位，托举机构先下降后归位（图7-b-收卷动作*），移动机器人退出印刷机台下料点，任务结束移动机器人执行下一任务。
2.移动机器人放卷和收卷与印刷机台通讯对接
移动机器人接受MES、WMS顶端系统层下达的有关命令或分发的任务信息，将采集到的信息通过无线局域网反馈给上层控制中的中间环节，印刷机台控制系统和机器人系统通过局域网完成组网，使得移动机器人能够在任何情况下，都能直接或间接（通过移动机器人服务器等方式）与印刷机台控制系统进行通讯，以实时获取印刷机台控制系统发出的状态指令；移动机器人的控制系统实时接收或反馈给印刷机台的控制系统（如图*）印刷。
图*：移动机器人通讯对接
机器人与印刷机台的通讯对接考虑印刷企业的设备控制系统与厂内网络环境，如印刷机台的控制系统可以直接通讯，直接与移动机器人调度系统对接；如印刷机台的控制系统不能直接通讯，印刷机台需加设PLC控制器，与印刷机台控制单元进行I/O交互，使之完成放卷和收卷指令的通讯对接（如图9）印刷。
图9：移动机器人与机台模块对接
五、移动机器人的控制调度系统设计
移动机器人的控制调度系统是移动机器人的核心，采用集中控制方式，满足印刷企业现场环境要求；系统与生产管理系统对接，任务指令下达和报告移动机器人的运行情况印刷。移动机器人控制调度系统可实时调度在线移动机器人的同时，系统工作状态在屏幕上显示。
图10：移动机器人放卷和收卷部分应用场景
软包印刷企业现场物流空间有限，线路规划会与印刷设备干涉，在有限空间内结合上下料机器人本体的外形尺寸、轮系位置及可调速度等特性，采用柔性曲线或直角平移曲线，能够在规划路线时自动分析路线的坐标，把路线分成若干坐标距离和机器人的控制的优化，使移动机器人的行驶路径符合现场印刷机台对接要求（如图11）印刷。
图11：移动机器人控制调度系统界面
移动机器人系统包括机器人工作状态管理、地图智能路径规划、移动机器人通讯管理、移动机器人设备管理和信息交互管理印刷。通过移动机器人控制调度系统模块进行整合、协同运作、调度等。
1.地图模块
路径规划是对软包印刷各个工序的实际工作条件进行最优的路径选择，将移动机器人的运动轨迹以适当的比例缩小，并且将移动机器人的实际运动过程中的路线动态实时地呈现在地图模块上印刷。
移动机器人搬运点位的更改及位置信息由现场设备物理地图、RCS 逻辑地图构成印刷。RCS 逻辑地图通过导入现场设备物理地图，更新工序之间的上下料对接点的物理位置，在此基础上更新位置的业务属性，最终完成搬运路线和点位的改变。
2.系统管理模块
移动机器人的信息管理和任务查询是根据生产任务信息、产线叫料需求，系统自动调度和分配生产任务；移动机器人执行任务和运行状态实时上传终端系统；移动机器人执行调度任务的编号、起点终点坐标以及调度任务的优先程度，调度系统下达任务指令时后台数据库会在任务工作表中自动记录本次任务信息印刷。
*.信息交互模块
智能调度系统是通过调度系统和多台移动机器人的传输信息进行交互，车辆数据库中上传移动机器人的车辆信息，在调度系统数据库中可以查询移动机器人的编号、剩余电量、运行状态和当前执行任务及所在的位置，并能够实时查询移动机器人的工作进度印刷。
六、结论
通过在软包印刷企业建设智能化物流系统，对移动机器人的功能及应用进行了描述；智能移动机器人的硬件结构和软件技术的成熟与升级，为实现厂内物流优化、厂内信息化管理，降低劳动强度，帮助企业降本增效和转型升级提供参考依据印刷。
END
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