移动操作机器人如何实现仓库拣选自动化？REEMAN工程项目解析

移动操作机器人如何实现仓库拣选自动化？REEMAN工程项目解析

探索基于100kg AMR平台、7自由度机械臂与垂直升降系统的仓库货架拣选方案

自主移动机器人已经改变了物料在仓库中的流转方式。但在不同位置之间搬运物品，与直接从仓储货架上取货，是两种不同的自动化挑战。

机器人如何行驶至仓库货架、调整机械臂位姿，并在不完全依赖固定工作站的情况下准备取回特定物品？

这一问题成为REEMAN ROBOT与一家德国工业技术客户共同开展的移动操作开发项目的基础。

该项目聚焦于将自主运输与机器人操作相结合，以支持仓库货架拣选和工业物料搬运。

REEMAN选用了其Big Dog底盘自主移动机器人（AMR）平台，底盘额定负载为100kg，并将其与额定负载5kg的7自由度机械臂、610mm臂展以及行程1,200mm的垂直升降机构相结合。

由此形成的移动操作机器人架构将自主移动、可调工作高度与机械臂定位能力集于一体。该项目还涉及激光导航、3D环境感知、RGB-D视觉集成、夹爪选型以及软件开发需求。

该工程方案并未将运输与拣选视为互不相关的操作，而是探索二者如何成为协同仓库工作流的组成部分。

项目概览：来自德国的仓库自动化挑战

该项目源于一项实际需求：使移动机器人能够接近不同的存储位置，并支持从仓库货架上取回物料。

客户的目标并不止于采购一台常规的运输型AMR。

目标系统需要在仓库各位置之间行驶、在货架附近作业、调节机械臂的工作高度，并支持物体取回任务的开发。

这些需求引出了更广泛的工程讨论：自主移动平台、机械臂、升降机构与感知系统应如何协同工作。

为什么仓库货架拣选比自主物料运输更复杂？

仓库拣选要求机器人与单个物体进行交互，而常规AMR运输主要涉及在指定位置之间搬运货物。

在许多工业仓库中，AMR可以在工人或其他设备将货物放置到机器人上之后进行运输。

然而，从货架上取回单个零部件涉及更多决策。

机器人必须确定物品的存放位置、调整自身位姿、确定机械臂的工作高度、识别目标，并执行合适的抓取动作。

针对该项目，预期的自动化流程可概括为：

任务下发 → 自主导航 → 接近货架 → 垂直定位 → 物体定位 → 机器人操作 → 物料运输。

每个步骤都提出了不同的工程要求。

移动平台必须到达所需位置。机械臂必须在可用空间内作业。感知系统必须提供关于环境和目标物体的合适信息。末端执行器必须与所搬运的物料相匹配。

这正是仓库拣选无法仅靠机械臂参数来解决的原因。

整个系统必须围绕任务进行设计。

REEMAN如何选择移动操作架构

REEMAN的方案着重融合三项互补能力：自主移动、灵活的机械臂定位以及可调的工作高度。

Big Dog底盘提供移动基础，7自由度机械臂实现局部操作，垂直升降机构则扩展了潜在的工作高度范围。

1. 为何选用Big Dog底盘?

REEMAN Big Dog底盘提供了一个额定负载100kg的自主移动平台，用于集成机器人操作设备。

对于该仓库拣选项目而言，移动能力至关重要，因为预期作业发生在不同的存储位置，而非某一个固定安装的工作站。

自主移动底座为将集成机器人系统运送至指定作业区域提供了基础。

其100kg的底盘额定负载是选择机械臂、升降结构、控制器及其他硬件时的重要考量因素。

但底盘负载不应与机器人的物体搬运能力相混淆。

集成组件会增加移动平台所承载的载荷。在系统设计过程中，必须考虑它们的质量、安装位置以及对稳定性的影响。

对于仓库应用而言，移动机器人的占地面积、可用通道空间以及定位要求同样重要。

这些考量促使该项目着重打造实用的移动操作配置，而非简单地将机械臂安装到移动平台上。

2. 为何选择7自由度机械臂？

7自由度机械臂提供了额外的关节灵活性，可从不同位置和姿态接近物体。

所选机械臂具有以下参数：

• 自由度：7自由度
• 额定负载：5kg
• 工作臂展：610mm
• 重复定位精度：±0.05mm

在仓库环境中，物料可能放置在周围货架或其他结构附近。

因此，机械臂需要具备足够的灵活性来调整姿态，同时使末端执行器保持在所需的工作区域内。

与受限更多的机械臂构型相比，7个自由度提供了更多的运动规划选项。

610mm工作臂展定义了机械臂的额定臂展，而±0.05mm重复定位精度则描述其稳定返回编程位置的能力。

机械臂的重复定位精度并不等同于整个系统的拣选精度。

移动拣选系统的性能还取决于移动底座定位、物体定位、相机标定、末端执行器配置以及机械集成。

在开发讨论中，客户要求对3kg、5kg和10kg机械臂负载选项进行比较。

其目的是在选择合适配置之前评估搬运需求和设备成本。

项目最终选定了额定负载5kg的机械臂规格。

3. 为什么仓库拣选需要垂直升降机构？

垂直升降机构使机械臂能够从不同高度作业，有助于解决固定高度安装的局限性。

仓储货架通常包含多个层位。能够到达某一货架位置的机械臂，在不改变安装高度的情况下可能无法到达另一位置。

为满足这一需求，项目选用了具备以下参数的升降机构：

• 有效升降行程：1,200mm
• 升降导轨最大负载：25kg
• 升降导轨定位精度：1mm

升降系统调节机械臂的垂直作业位置，使机械臂的工作臂展能够在不同高度上发挥作用。

这对于涉及多个货架层位的应用尤为重要。

然而，最终的工作范围不仅取决于升降行程。

机械臂几何结构、安装高度、货架尺寸、物体位置以及周围间隙都会影响机器人可到达的位置。

客户还考虑了机械臂居中布置、机器人整体高度、门洞通过性以及潜在的电梯通行问题。

这些需求表明，垂直升降与移动平台设计必须统筹评估。

目标是在作业臂展与工业仓库的物理约束之间取得平衡。

移动操作机器人如何发现并搬运仓库物品？

移动操作机器人针对导航和机器人操作采用不同的感知功能：环境感知帮助机器人到达正确位置，而物体感知则支持目标定位和抓取规划。

对于移动平台，REEMAN的项目架构采用激光导航和3D环境感知。

这些技术支持环境感知、定位、路径规划和障碍物检测。

一旦机器人到达预期作业位置，物体操作还需要额外的信息。

系统必须确定目标物体的位置，并估算机械臂应如何接近它。

因此，客户将RGB-D深度视觉集成列入项目需求。

RGB-D相机提供图像和深度信息，可由计算机视觉软件处理，以估算物体在三维空间中的位置。

这些信息可支持物体识别、抓取规划和机械臂运动控制。

该项目还探索了用于计算机视觉和基于AI的操作开发的GPU加速计算。

这些需求反映了一个重要的技术区别：

自主导航将机器人移动到任务位置，视觉引导操作则帮助机器人与目标物体进行交互。

连接这两项功能需要移动平台、感知系统、机械臂控制器和应用软件之间的协同通信。

为什么夹爪选型和软件集成很重要？

移动操作机器人搬运不同物体的能力，不仅取决于机械臂的额定负载。

末端执行器必须与物料的重量、尺寸、形状和表面特性相匹配。

在项目讨论中，客户评估了针对具体应用的夹爪方案，包括三指自适应配置。

在评估如何搬运不同几何形状的物体（如箱体、容器和工业零部件）时，这些方案具有参考价值。

夹爪选型还必须考虑末端执行器自身的重量、所需夹持力以及预期的搬运动作。

除机械需求外，软件集成也是一大议题。

客户对Python SDK访问、ROS集成、拖动示教、遥操作以及开发自定义AI应用的能力表现出兴趣。

这些开发需求会影响控制器、通信协议、软件接口和计算硬件的选择。

该项目并未假定每个机器人应用都需要相同的软件配置，而是根据预期搬运任务来考虑软件架构。

对于工业系统集成商而言，在规划未来功能或将移动操作机器人适配到不同物料搬运工作流时，这是一个重要的考量因素。

REEMAN移动操作机器人：技术参数

下表汇总了该仓库拣选开发项目所选架构及相关主要参数。

三项负载参数描述的是不同的部件。

100kg指移动底盘负载，5kg指机械臂额定负载，25kg指升降导轨的最大负载额定值。

这些数值不应相加，也不应被理解为单一的物料搬运能力。

所选架构为开发具备可调工作高度和任务专用末端执行器的移动操作应用奠定了基础。

移动操作机器人可用于哪些场景？

本项目所探索的工程原理适用于仓库自动化以及其他需要在多个作业位置搬运物料的工业环境。

仓库货架拣选与取货

仓库货架拣选是主要的应用目标。

可开发移动操作机器人来接近指定存储位置、调节机械臂作业高度、通过合适的感知系统识别所需物品，并执行适当的搬运任务。

该架构为将物料取回与自主运输相连接提供了基础。

工业零部件搬运

在制造设施中，小型零部件和包装物料常常需要在不同工作站之间搬运。

移动机械臂提供了一种将位置间移动与局部机器人操作相结合的方法。

合适的机械臂、夹爪和控制配置取决于零部件重量、几何形状和搬运要求。

多工作站物料转运

制造布局中常常包含分布于不同作业区域的设备。

移动操作机器人可支持开发涉及物料定位、转运以及在多个工位间交互的工作流。

这为在每个搬运位置单独安装固定机械臂提供了一种潜在的替代方案。

机器人研究与应用开发

对于机器人开发者和工业自动化集成商而言，移动操作平台可支持涉及运动规划、感知集成、机械臂控制、任务协调以及应用专用软件开发的工作。

在评估机器人系统如何适配不同工业工作流时，这些能力具有重要意义。

相关机器人视频——仅供参考

相关机器人视频： 在YouTube上观看另一段机器人参考视频

以下视频作为独立的机器人参考资料提供，并非德国客户项目的展示。本项目的技术需求和所选系统配置在本文中另行说明。

关于移动操作机器人的常见问题

问：什么是用于仓库拣选的移动操作机器人？

答：移动操作机器人将自主移动平台与机械臂相结合，以支持在不同位置进行物料搬运任务。对于仓库拣选，预期工作流包括导航至仓储货架、调整机械臂位姿、识别目标物体并执行物品搬运操作。完整配置取决于货架尺寸、物料特性以及所需的自动化水平。

问：REEMAN移动操作机器人的负载能力是多少？

答：REEMAN项目采用Big Dog底盘平台，底盘额定负载为100kg。其选用的7自由度机械臂具有独立的5kg额定负载，而垂直升降导轨的最大负载额定值为25kg。这些参数描述的是不同的机械部件，不应相加。

问：为什么使用7自由度机械臂而不是固定搬运机构？

答：7自由度机械臂提供灵活的关节定位，可在机械臂工作范围内实现不同的接近构型。这对于涉及不同朝向物体或靠近周围结构的仓库应用非常有用。所选机械臂提供610mm工作臂展、5kg额定负载和±0.05mm重复定位精度。

问：机器人能否处理不同仓库货架层位上的物品？

答：所选垂直升降机构提供1,200mm有效行程，可调节机械臂的作业高度。结合机械臂臂展，这支持开发不同货架层位的搬运任务。实际可到达位置取决于机器人几何结构、货架配置、安装高度以及可用间隙。

问：机器人如何导航并识别物体？

答：移动平台采用激光导航和3D环境感知，以支持在作业环境中的定位和移动。对于操作任务，项目考虑了RGB-D深度相机集成，为识别和抓取规划提供物体及空间信息。这些功能分别对应预期仓库拣选工作流的不同阶段。

问：移动操作机器人能否使用不同的夹爪？

答：项目考虑了针对具体应用的末端执行器，包括三指自适应夹爪选项。夹爪选型取决于物体形状、尺寸、质量、表面状况以及所需的搬运动作。夹爪自身重量和机械要求也必须与机械臂额定负载一并考虑。

问：REEMAN的移动操作机器人能否支持Python、ROS和AI开发？

答：Python SDK访问、ROS集成、机械臂控制接口以及AI相关开发均被纳入项目的技术讨论。项目还探索了用于视觉和抓取规划应用的GPU加速计算。可用的开发环境和支持的接口取决于所选控制器、计算硬件和软件配置。

问：将AMR与机械臂集成时，主要的工程挑战有哪些？

答：工程师必须评估移动底盘负载、机械臂臂展、集成设备重量、重心、作业间隙、定位以及控制器之间的通信。对于仓库拣选，货架几何结构、末端执行器设计、物体感知和任务排序也会影响系统架构。

问：企业应如何为仓库自动化选择移动操作机器人？

答：选型应从预期任务出发，而不是从机器人外观或单一参数出发。重要因素包括物料重量、货架高度、臂展需求、通道宽度、可用作业空间、拣选方式以及软件集成需求。REEMAN ROBOT可在开发合适的移动操作配置时评估这些需求。

问：将Big Dog底盘与机械臂相结合的主要工程价值是什么？

答：REEMAN Big Dog底盘提供了一个额定负载100kg的自主移动平台，用于集成机器人操作硬件。结合额定负载5kg的7自由度机械臂和行程1,200mm的垂直升降机构，该系统将移动能力、可调工作高度和机器人操作集于一个平台。该架构支持开发仓库货架拣选、工业零部件搬运和多工作站自动化解决方案，将常规AMR的能力从物料运输进一步延伸。

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从搬运物料到操作物料：仓库自动化的下一步

移动操作的价值在于将移动与物理交互结合在协同的工业工作流中。

针对德国客户的仓库拣选需求，REEMAN ROBOT选用了Big Dog底盘平台，并为其搭配7自由度机械臂和垂直升降机构。

该架构应对了多项实际工程挑战，包括到达不同货架高度、机械臂定位、导航感知、物体识别需求以及针对具体应用的夹爪选型。

更重要的是，该项目凸显了仓库自动化需求正超越单纯的运输环节。

常规AMR在位置之间搬运物料。移动操作机器人则为到达所需目的地后执行更多操作提供了基础。

仓库自动化的下一步不仅仅是更高效地搬运物料，而是开发能够在需要作业的地方与物料进行交互的机器人系统。

对于REEMAN ROBOT而言，该项目体现了以实际应用需求为核心、集成合适机器人技术的工程理念。

REEMAN ROBOT与工业自动化集成商、仓库运营商和机器人开发者合作，探索针对特定任务量身定制的移动操作配置。

正在规划仓库拣选机器人或带机械臂的AMR？请联系REEMAN ROBOT，讨论您的物料重量、货架尺寸、作业间隙、末端执行器需求和软件集成需求。

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超越运输，迈向智能移动操作。