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刘爽
【期刊名称】《《机械与电子》》
【年(卷),期】2025(037)011
【总页数】5 页(P71-75)
【关键词】物流拣选; 工业机器人; 软 PLC; Modbus TCP
【作 者】刘爽
【作者单位】浙江菜鸟供给链治理 浙江杭州 310000
【正文语种】中 文
【中图分类】TP242
引言
物流行业是一个劳动密集型的行业，目前中国的物流行业自动化程度格外低。一方面是由于物流场景作业流程的多样化，导致自动化难度格外大；另一方面是由于物流场景对自动化的本钱格外敏感，导致自动化实际落地过程缓慢。随着人口红利的消逝，人力本钱进入一个快速上升期。从长期来看，以自动化设备代替人力来完成各项物流作业是必定趋势[1]。据统计，2025 年社会物流总费用已经超过 13 万亿元。物流行业浩大的市场规模，吸引着各行各业投入其中，在物流市场中寻求进展的机遇。机器人技术很很早就被应用于物流行业，但是早期进展缓慢，近年来随着资本注入，机器人技术在物流行业蓬勃进展，并在物流作业过程中发挥着越来越
重要的作用[2]。机器人技术在物流行业的应用，国外以亚马逊的投入最为长久，
其应用规模也最为浩大[3-4]。
国内物流机器人应用起步较晚，行业中推动其进展的主要是菜鸟和京东 2 家公司。2025 年，菜鸟投资 AGV 公司快仓，之后快速在其仓库中部署 AGV，目前已有相
当大的实际应用规模[5]。2025 年后，京东和菜鸟相继公布无人机送货概念，但目前还未有成熟落地方案。同时期，菜鸟和京东对工业机器人在物流场景下的应用投入争论。目前，2 家都有拆码垛的实际落地场景，并开头规模化应用。
从当前国内外争论状况来看，仓储 AGV、拆垛机器人、码垛机器人等在物流场景中应用较为成熟了，已经进入规模化应用阶段。但在拣选作业这一块，由于其场景简单性，机器人实际落地问题很多，目前的尚没有一套成熟的解决方案。
系统工作原理
系统与输送线以及自动化立库协作完成小件拣选的全过程无人化，系统构成如图 1 所示。
图 1 系统构成三维模型
图 1 中料箱的上游为自动化立库，当 WMS(仓库治理系统)生成拣选任务单之后， 立库通过自身的调度系统，把装有待拣选物品的料箱调度出库。输送线连接立库与机器人工作站，从立库出来的料箱，经过输送线的输送，最终到达机器人工作站的拣选位置。经过传感器检测，料箱能够准确的停在拣选位置。之后 WMS 将拣选任务通过报文的形式发送给 RCS(机器人掌握系统)，RCS 在收到任务报文之后，开头进展拣选作业。
拣选作业流程，首先通过 RCS 触发 2D 以及 3D 相机拍照，之后通过视觉算法实现料箱内物品的分割识别，并计算出抓取点的位置姿势，回传给 RCS。RCS 对视觉回传的抓取点信息进展处理，之后按指定的命令格式把抓取任务相关信息发送给机器人，并掌握机器人去抓取物品。机器人本体抓取物品，并按任务中订单信息把
物品放到订单箱指定的格子中。
由于料箱内物品是随便摆放的，因此存在物品直立、堆叠、贴住料箱边缘等状况， 导致机器人无法进展抓取。为解决这一问题，设计了振动发生台。图 1 中，振动发生台在料箱拣选位的正下方。振动发生台由正压气源驱动，以振动棒、气缸作为执行元件，实现料箱的上下及左右方向的振动，能够转变料箱内物品的摆放位姿， 解决上述机器人无法抓取的问题。
机器人的末端执行工具为吸盘，而吸盘的吸取面的面积大小打算了其能够产生的吸力。吸盘过小，产生的吸力比较小，无法抓取重量较大的物品。而假设吸盘过大， 对抓取面很小的物品，吸盘接触到抓取面的时候，无法形成闭合的抓取面，会存在漏气状况而无法形成真空，同样会导致抓取失败。而实际场景下，不同物品的尺寸以及重量相差较大。为解决这一问题，给机器人工作站设置了不同数量以及不同尺寸吸盘的执行工具，通过快速切换装置，实现机器人快速敏捷的执行工具切换。料箱内物品的尺寸信息通过数据库保存在效劳器中，经由 RCS 访问数据库，猎取物品的尺寸数据。RCS 通过物品的尺寸信息选择适宜的末端执行工具，当 RCS 比照当前执行工具与最适合的执行工具觉察不全都时，即掌握机器人去换取适宜的末端执行工具。系统的简要工作流程如图 2 所示。
图 2 系统工作流程2 掌握系统硬件构造
机器人拣选工作站的掌握系统硬件局部承受了分布式构造，使得每个工作站之间不耦合，系统的牢靠性高，易于扩展。单个工作站硬件构造示意如图 3 所示。
图 3 硬件构造
图 3 中，工作站以掌握柜为中心，内部集成 RCS 主机、电源模块、IO 模块等，外部延长出传感器、视觉系统、机器人本体等局部。
图 4 软件架构
电源模块集中了全部设备的供电，包括沟通电，以及直流电供电。电源模块外接仓
库供电房，内部带有稳压器件，可防止外部电压不稳对设备造成损害。通过一个大功率开关，可实现工作站一键上电和一键断电。
安全模块使用了 Pilz 的安全继电器，相比于传统工业继电器，牢靠性更高。外部设置有多个急停开关，可在系统特别时拍下，准时停顿工作站。设置安全门，安全门上带有安全锁，一旦安全门被翻开即暂停工作站，防止人员进入造成危急。
外部传感器统一接到 IO 模块上，IO 模块为可堆叠式扩展构造，便利 IO 节点不够时进展扩展。模块支持 Modbus/TCP 协议，便利组网。
LCS 效劳器使用一台工控机，与全部工作站组网，作为连接 WMS 以及 RCS 的中枢。视觉系统有单独的工控机，负责视觉模块的处理运算。机器人本体有单独的掌握柜，实现其运动掌握。分立的架构使得单个模块运算负载小，性能要求更低，提高了牢靠性。
IO 模块，视觉系统，机器人本体，读码器等，通过 Ethernet 与 RCS 工控机组网。多个工作站的 RCS 工控机与 LCS(本地掌握系统)效劳器组网。工作站与工作站之
间分布式的构造，以及工作站内局部布式的构造，使得系统牢靠性大为提高，工作站的扩展，以及工作站内部模块的扩展变得格外简洁，能够适应不同场景需求。
掌握系统软件构造
掌握系统软件总体架构图如图 4 所示。软件局部的根底协议基于 TCP/IP 协议簇， 应用层主要是 效劳以及 Modbus/TCP 效劳。软件内部承受了软 PLC 方法， 实现了外设的规律掌握以及状态监控等功能。
协议
中文译“超文本传输协议”，位于 OSI 模型的应用层，是互联网上应用最广泛的一种网络协议[6]。 的通信过程由一个恳求过程和一个响应过程组成， 是典型的客户端/效劳器模型(B/S 构造)，永久是由客户端(client)发起恳求，效劳
端(server)给与响应。server 与 client 之间不需要建立长久的连接，仅当 client 发
起恳求，连接建立，server 返回响应之后，连接即关闭。 具有简洁快速，使用敏捷的优点，格外适合于本地与远端之间的即时通讯。
任务报文从 WMS 到 RCS 之间通过 LCS 路由。报文下行(WMS->RCS)的时候， WMS 作为 client，LCS 效劳器作为 server。WMS 向 LCS 效劳器发
起 POST 恳求，直到收到 LCS 效劳器的回复响应。LCS 效劳器收到 WMS 的报文， 对报文字段进展解析，并访问数据库查询对应物品信息，假设无误，LCS 效劳器
回复确认响应；假设消灭错误，LCS 回复错误代码。WMS 收到 LCS 回复报文， 依据回复报文内容，确定本次 POST 恳求是否成功，假设不成功，则重发起恳求直到收到正确响应报文。
LCS 收到 WMS 报文，通过解析报文，并访问数据库查询物品信息，之后重打包报文，把物品信息字段添加进去。之后 LCS 作为 client，RCS 作为 server，LCS 向 RCS 发起 POST 恳求，直到收到 RCS 的正确响应报文。这样就完成了一个完整的报文下行链路。
报文上行(RCS->WMS)过程则与下行过程相反。工作站完成任务之后，任务完成状况的数据打包为报文。首先由 RCS 作为 client 向 LCS 充当的 server 发起 POST 恳求，之后 LCS 作为 client 向 WMS 充当的 server 发起 POST 恳求。未收到响应或响应报文格式不正确则进入重发机制，这样形成了报文上行链路。
Modbus/TCP 协议
Modbus/TCP 协议为基于以太网 TCP/IP 的 Modbus 协议，Modbus 协议由MODICON 公司于 1979 年开发，是一种工业现场总线协议标准。Modbus/TCP 协议也是一种应用层报文传输协议，承受 master/slave 方式通信，为一主多从式
的构造。Modbus/TCP 协议目前是中国工业网络标准协议之一，协议可免费获得，
实施本钱低廉。另外，Modbus/TCP 数据帧封装简洁，紧凑，数据密度高，因而
数据传输速度较快[7]。
相比于传统的专用工业总线及协议，Modbus/TCP 协议具有以下优点： ，本钱低。
，可二次开发；无需驱动，因而可以适用于各种操作系统，不受限制。，设备替换简洁，因而系统的通用性更好。
系统承受的 IO 模块支持 Modbus/TCP，主流机器人本体同样支持 Modbus/TCP 协议。在 RCS 中移植 Modbus/TCP 协议，作为 Master(主站)，把 IO 模块以及机器人本体都当作 Modbus/TCP Slave(从站)，即实现 Modbus/TCP 组网。RCS 基于此构造，能够监测并掌握全部 IO 模块以及机器人本体的 IO 节点。Modbus/TCP 总线节点分布模型如图 5 所示。
图 5 Modbus/TCP 节点分布
软件 PLC 方案
PLC 的实现分为硬 PLC 和软 PLC。硬 PLC 即传统意义上的 PLC，它是由硬件或者一块专用的 ASIC 芯片来实现 PLC 指令的执行。而软 PLC 则是一些通用的 CPU 或者 MCU 来实现 PLC 指令的解释或者编译执行。传统的硬 PLC 开放性差、通用性差，难以形成开放式的硬件体系构造[8]。相比于硬 PLC，软 PLC 具有开放的体系构造，用户不受限于具体的厂家限制，可以依据需求，自行选择硬件来开发。具有本钱低，使用敏捷等优点。软 PLC 技术的限制在于设备的牢靠性，以及实时性。由于物流场景本钱敏感，硬 PLC 本钱过高，替换硬 PLC 是有效的降本手段。系统承受了软 PLC 技术方案，使用分布式软硬件体系降低单机负荷，提高软 PLC 牢靠性、实时性。通过高级开发语言进展开发，实现了对设备的实时监控、实时掉线重连、时序监控、输出掌握等，软 PLC 的内核构造如图 6 所示。在此根底上，通过高级语言良好的界面开发性能，设计并实现了高度人性化的交互界面。
图 6 软 PLC 内核
试验结果
系统在实际场景下实现了应用，其作业的实际场景如图 7 所示。图 7 工作站实际作业
该系统的实际应用，证明白提出的方案的可行性。相比于传统的工业机器人系统承受的专用工业总线及协议+硬 PLC 的方案，本文供给了一种的系统实施方案， 相比于传统方案，具有很多优势。具体比较如表 1 所示。
表 1 传统系统与本文系统特点比较评价指标传统系统本文系统实施难度凹凸实施本钱凹凸可扩展性差好牢靠性高较高实时性高较高用户体验差好
机器人运行的场景下，人工拣选的最大人效为每人 450～500 件/h。为了测试机
器人系统的拣选效率，对机器人拣选工作站的拣选件数随运行时间的变化做了统计。由于实际测试时，立库无法持续不断的输出料箱，因此机器人并非连续不断的工作。以 5 min 作为统计时间粒度，统计 5 min 时间段机器人拣选的件数，换算成小时
拣选件数，从其中找到最大值，该值能够反响机器人的最大效率。
依据实际运行数据进展统计计算，机器人效率峰值实际能够到达 708 件/h。依据该数据计算可得出工业机器人拣选工作站，～ 倍。
完毕语
实际应用说明，提出的系统能够实现物流拣选作业场景的无人化。而基于提出的系统方案，使得系统实际实施的本钱相比于传统方案大为下降，并且实施难度更低， 可扩展及可维护性更高。以工作站效率数据的计算来看，该系统的应用能够节约本钱，产生实际的业务价值，值得去推广。
参考文献：
【相关文献】
[J].物流技术与应用,2025,24(2):90-93.
:分拣、搬运到送货[J].物联网技术,2025,7(3):6-7.
D’Andrea R. Guest Editorial: A revolution in the warehouse: a aetrospective on Kiva systems and the grand challenges ahead[J]. IEEE Transactions on Automation Science and Engineering, 2025, 9(4):638-639.
Wurman P R, D’Andrea R, Mountz M. Coordinating hundreds of cooperative, autonomous vehicles in warehouses[J]. AI Magazine, 2025,29(1):9-19.
[J].物流技术与应用,2025,22(9):118-121.
Fielding R, Gettys J, Mogul J, et al. Hypertext transfer protocol- / ：RFC- 2616[S]. , 1997.
邓欣茹,丁建兴,杨翼， 工业以太网的现状与进展[J].工业掌握计算机,2025(9):14-15，36.
张翰,李迪, PLC 系统运行环境的设计[J]. 电子设计工程,2025,25(8):10-14.