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5G+AI洁净机器人

2023-01-31王乐

科学与信息化 2023年1期
关键词:干冰污物驱动轮

王乐

非凡智能机器人有限公司 辽宁 沈阳 110153

引言

由于医疗、食品、海鲜行业对进出港口集装箱清洁程度要求不断提高,为了减少环境污染与能源浪费,5G+AI洁净机器人应运而生,以满足港口集装箱清洁的需求。

国内集装箱运输事业飞速发展,越来越多的易污染货物和危险货物转向采用集装箱装运。然而装过危险货物或其他污染物的集装箱不同程度地受到所装货物的污染。按国际危险货物运输的规定,凡装运过危险货物的集装箱,必须经过清洗和去除箱体上的危险货物标记,具备清洁、干燥、无异味的基本条件后才能再次使用,所以,在各港口和集装箱堆场开展集装箱清洗业务势在必行。

1 核心技术成果

1.1 5G+AI洁净机器人实现了减少环境污染

5G+AI洁净机器人在改善环境污染,消除能源浪费和人工智能设计上做出突破性贡献。

①减少环境污染(传统采用热水和化学药剂清洗)。解决了由化学药水的清洗产生污水给环境带来的污染问题,降低污染物排放量,符合2016年国务院发布了《国家环境保护“十三五”规划》国家产业政策;②消除了传统能源的浪费(传统采用热水和化学药剂清洗)。采用干冰清洗,利用干冰升华物理特性直接变成气体,消除了采用热水清洗带来的水资源和热能的浪费;③5G+AI洁净机器人具有柔性化作业,可实现我国所有标准集装箱内壁无水清洗。

1.2 5G+AI洁净机器人技术融合性

1.2.1 5G技术。融合5G技术,提升了网络传输速度,5G技术的应用改善了时延传输问题,5G对时延的最低要求是1ms,甚至更低,应用后无卡顿现象。5G+AI洁净机器人可选配手机、平板或PC客户端,满足多人登录使用,目前已实现6人可同时间登录查看设备运行情况。如清洗产能、设备故障率、历史记录等。同时在网络安全建设初期加入了安全机制,信息加密,网络并不是对所有人开放,只对有相对权限等级的人进行开放。

1.2.2 AGV激光导航技术。采用AGV激光导航方式进行指引,转向采用差速轮结构。利用激光制导技术,通过激光器发射激光束照射反射板,由装在机器人上的激光接收装置接收目标反射的激光信号,算出清洁机器人偏离照射的程度自动调整清洗轨迹的功能,实时修正行进路线,实现无人智能清洗。

1.2.3 创新技术。设计上具有创新性、独创性,以突破环保物理干冰清洗配合机器人技术,实现智能化清洗。

清洗采用物理干冰方法。利用热冲击原理、干冰升华和热胀冷缩物理特性。干冰在-78.5℃时,在空气压缩机带动下,喷头高速将干冰喷射到被清洗集装箱内壁表面。箱体表面附着的污物遇冷收缩,干冰遇热体积迅速膨胀约800倍。在清洗表面形成冲击爆破现象,使污物落下。由于干冰升华直接变成气体,落下的污物里没有干冰产生的废物[1]。在由机器人前端清扫器将污物清扫到车下。AGV车上的吸尘器将污物进行回收。最终达到集装箱清洁效果。

AGV车体配有摄像头和二氧化碳浓度检测器,在清洗行进过程中,可通过PC实时观看清洗后的清洁程度,并对AGV行进速度和关节机器人清洗速度进行手动调整。二氧化碳浓度检测器可实时进行监测,当二氧化碳浓度达到设计值时自动开启通风系统。

2 5G+AI洁净机器人主要设备组成

整体设备占地面积为25.5m(长)×2.5m(宽)×3.1m(高),主要设备包含集装箱清洗定位装置、智能移动AGV系统、干冰清洗系统、工业吸尘器、六轴机器人等组成。设备组成如下图所示:

图 5G+AI洁净机器人设备组成示意图

2.1 集装箱清洗定位装置

集装箱清洗定位装置具有集装箱定位功能。用于5G+AI洁净机器人与被清洗集装箱之间的位置摆放定位。清洗定位装置配有多个锁紧点,与集装箱锁进行连接锁紧。锁紧点可满足不同型号的集装箱使用。

2.2 智能移动AGV系统

智能移动AGV系统主要由AGV车体、驱动系统、导航定位系统、安全防护系统、声光报警系统、操作系统、自动充电系统、无线通信、电控系统组成。

2.2.1 AGV车体。主架采用不同规格的钢板型材焊接而成。经强度分析后仓体形成一个封闭的内腔,预留一定数量的排风扇安装孔,用于安装散热风扇。其中仓体的四周有胶条密封,需有很好的防尘密封作用。车体上盖拆卸方便,易于检修。

2.2.2 驱动系统。采用差速轮由左右两侧的驱动轮组成。正常直线行驶时,两差速轮速率相同,整体轮系保持水平。当车体纠偏要向左转弯时,左侧驱动轮速率降低,右侧驱动轮速率上升,所以右侧驱动轮相对于左侧驱动轮行驶的更快,导致轮系整体向左倾斜。当车体达到转弯需要的角度时,左右驱动轮速率保持不变,轮系整体倾斜角度相对于车体保持不变,然后车体就按照这一角度圆周转弯。车体从转弯变成直线行走过程反之。

2.2.3 导航系统。使用激光导航方式,地面无任何诱导线,可比较灵活的改变AGV行走路径,使系统的柔性更大。

AGV使用专用激光测量传感器,该传感器使用红外波段,低能量脉冲式激光,且不使用传统的点式光源的光路,激光的光路发散,可保证在任何情况下均不会对人眼造成伤害,该传感器使用“测距+测角”的测量算法,使用专用处理器计算位置信息,既保证了系统的测量速度,又提高了测量的可靠性和精度,可充分保证AGV的控制精度[2]。

2.2.4 安全防护系统。采用组合式多重避障模式,由接触式和非接触式两种避障组成,正常情况下为非接触式避障为主,非接触式避障失效时接触式避障起到最后的安全保护作用。

在车身四周设置4个急停按钮,分别布置于车身四角,以供紧急停车。

2.2.5 声光报警系统。AGV上集成安装有报警灯和语音模块,在下列情况发生时会启动声光报警:①AGV各系统硬件出现故障;②导航系统定位失败;③避障功能启动。

针对不同的情况,报警灯的显示和提示声音会有明显区别,方便用户判断报警原因。

2.2.6 操作系统。可分两种操作模式,即自动运行模式、手控盒操作模式。

自动运行模式则为AGV调度系统、导航定位系统、运动控制系统等多系统实现AGV自动运行。

手动操作可以在转运、调试等情况下使用。手动模式通过手控盒实现,手控盒可分为有线方式和无线方式两种,根据客户的要求进行选配,多用于产品调试期间及其他特殊情况等场合使用。

2.2.7 自动充电系统。AGV拥有电量监测系统,平时利用箱体转运时间隔进行充电,而当电量不足时,会自行到指定地点进行充电。

2.2.8 无线通信系统。AGV控制台与AGV间采用无线通信方式,控制台和AGV构成无线局域网。控制台依靠无线局域网向AGV发出系统控制指令,任务调度指令,避碰调度指令[3]。控制台同时可接收AGV发出的通讯信号。AGV依靠无线局域网向控制台报告各类指令的执行情况,如:AGV当前的位置,AGV当前的状态。

通信中断后不会造成AGV的死机或死等的状态,当通信恢复后,AGV可以自动和控制台建立通信联系,无须关机重启。

2.2.9 电控系统。小车的电控系统主要可分4大部分:分别是电池部分、驱动部分、通信部分以及控制部分。

电池部分:电池采用48V电池,为整车提供电源。电池放电端配有空开,在方便整车断电的同时,也可防止因放电端短路造成设备损坏。

驱动部分:驱动部分采用直流驱动器,驱动器的电源输入端配有空开与接触器,空开可以有效地保护好电池以及驱动器,接触器可以控制驱动系统通断电。

通信部分:AGV内部通讯数据量比较大,而且通信设备多,所以车身本体包含诸多通讯方式,如:以太网、RS232、RS485、CAN总线通信等。

控制部分:单片机为整车系统提供控制指令,是整车控制的执行机构,包括各电机启停,各按钮指示灯作用,各个继电器、接触器的动作、传感器信号采集等。

2.3 干冰清洗系统

干冰清洗系统具有自动生产干冰功能。在空气压缩机带动下将生产的干冰高速喷射到被清洗集装箱内壁表面。

干冰清洗机料筒周期性添加干冰,整体可拆卸。工作压力5.5Bar,空气消耗量1.4 4.7m3/min,干冰量调节范围0 3.2kg/min。

清洗速度:12m集装箱用时24分/台,6m集装箱用时12分/台。

2.4 工业吸尘器

具有污物收集功能。利用AGV前端的清扫器将污物清扫到AGV车下。在通过工业吸尘器进行回收。

2.5 六轴机器人

具有柔性摆动功能。机器人带动干冰喷头进行柔性摆动,实现集装箱无死角清洁。在机器人端部装有监控摄像头,可随时观看清洗后清洁程度。根据集装箱污染的程度,手动调整机器人和AGV行进速度。达到人机协同作业效果。

3 环境保护措施

3.1 废气治理

设计中的废气主要是干冰气化产生的二氧化碳,利用送排风风机将室内有污染的空气强制排向室外,干冰使用量很小,其产生的二氧化碳对环境空气基本无影响。

3.2 废水治理

用干冰颗粒对污垢进行破碎分离,无水清洗因此无废水产生。

3.3 固废治理

用干冰颗粒对污垢进行破碎分离,固废由于重力落至地面,集装箱清洗机器人附带清扫吸尘机构将固废吸走集中处理,不会对环境产生污染。

4 经济和效益分析

①减少了人工成本,带来了经济效益提升;②提高了工作效率,带来了经济效益提升;③减少环境污染,带来了生态效益提升;④消除了传统能源的浪费,带来了生态效益和社会效益的提升。

5 结束语

针对5G+AI洁净机器人项目研究,对现有市场需求进行了充分分析,提出了自动化解决方案,以上所述,项目投资少、风险小、效益好,减少环境污染,前景广阔,是非常可行的,可进行行业内推广。

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