基于Zigbee无线技术的自动化物流系统控制和保护环节的

西安科技大学硕士学位论文基于Zigbee无线技术的自动化物流系统控制和保护环节的研制姓名：秦国柱申请学位级别：硕士专业：模式识别与智能系统指导教师：侯媛彬@论文题目：基于Zigbee无线技术的自动化物流系统控制和保护环节的研制专业：模式识别与智能系统硕士生：秦国柱（签名）指导老师：侯媛彬（签名）摘要本课题以学科群实验中心立体仓库，MOTOMAN机械臂和自动导航小车等三套设备为研究平台，采用Zigbee无线技术设计并组建了星形控制网络，实现了自动化入库流水线功能；并开发了立体仓库的防碰撞保护，回零保护和定位入库等功能。1.采用Zigbee无线技术将三套设备组建成星形控制网络，以立体仓库工控机作为上位机，其他两台仪器的工控机为从机，上位机和从机之间可以相互通信。本人开发了上位机监控界面，其他两位合作者分别开发了自动导航小车路径规划和MOTOMAN机械臂抓取并识别货物等功能。操作上位机即可实现自动导航小车运货，MOTOMAN机械臂抓取并识别货物，堆垛机入库的自动化入库流水线功能。2.设计了立体仓库的防碰撞保护功能，分为手动急停保护，半自动急停保护和全自动急停保护（防碰撞保护）系列保护功能。重点是防碰撞保护：当堆垛机发生碰撞即触碰到压力开关信号采集板上的碰撞弹片，系统会迅速提示“碰撞危险”并瞬间自动切断总电源，达到保护立体仓库免受损坏的目的。3.在堆垛机执行入库等任务前，必须进行回零，堆垛机是拥有三自由度（水平行走方向，垂直升降方向和货叉伸缩方向）的工业机器人，本课题开发的回零保护可以检测堆垛机三个运动方向是否正常，以确保堆垛机后续的动作准确无误。4.立体仓库原有的入库采用顺序入库的策略，不能人工干预选择货位。本课题设计的定位入库可以有目的的选择和货物外形尺寸相匹配的货位，较顺序入库更具有实际应用价值。同时建立了堆垛机二维模型并进行了Matlab仿真，结合二维模型分析了自适应模型算法，并采用自适应模型算法设计了定位入库软件，提高了堆垛机的寻址精度。关键词：Zigbee；自动化物流系统；星形控制网络；防碰撞保护；回零保护；定位入库；自适应控制算法研究类型：应用研究Subject：：：：R&DofControlandProtectionPartsofAutomaticLogisticsSystemBasedonZigbeeWirelessTechnology,Specialty：：：：PatternRecognitionandIntelligentSystemName：：：：QinGuozhu（（（（Signature））））Instructor：：：：HouYuanbin（（（（Signature））））ABSTRACTThreeequipmentssuchasWarehouse,MOTOMANRobotandAutomatedGuidedVehicleinSubjectsExperimentalCenterofXUST(Xi’anUniversityofScienceandTechnology)areassembledtodevelopautomaticlogisticssystembasedonZigbeewirelesstechnology.Astar-controlnetworkamongthethreeequipmentshasbeendesignedtoachievethepipeliningfunctionofautomaticwarehousing;andotherfunctions.suchasanti-collisionprotection,go-homeprotectionandlocationwarehousinghavebeendeveloped,too.Firstly,astar-controlnetworkamongthethreeequipmentshasbeenconstructedbasedonZigbeewirelesstechnology,theindustrialcomputerofWarehouseasmastercomputer,othersasslavecomputers.Mastercansendinstructionstoslave,contrarilyslavecansendmessagesbacktomaster.Monitoringinterfaceofmasterhasbeendesignedbyme,functionsofpathplanningofAutomatedGuidedVehicleandgoodsgrabbingandidentifyingofMOTOMANrobotareseparatelydevelopedbytwocooperators.ThepipeliningfunctionofautomaticwarehousingwhichfirststepisautomaticgoodsshippingbyAutomatedGuidedVehicle,goodsgrabbingandidentifyingbyMOTOMANRobotisfollowed,andthefinalstepisgoodswarehousingbyWarehouseisrealizedjustthroughtheOperationsonmastercomputer.Secondly,anti-collisionprotectionfunctionofstackerisdeveloped.Hardwareincludepressure-switch-signalsamplingboard,Zigbeecoordinator,emergencypowershutting-offboardandsoon.Assoonasthecollisiontriggerofsamplingboardfixedonthefront-endoftheforkofstackerispressedbygoodsorshelvesorotherthings,Instantaneously,thewarningdialogboxof“CollisionDanger”willbeappearedonthemonitoringinterfaceofmastercomputerandautomatically220Vgeneralpowerhasbeenshutoff.Thustheprotectionforwarehousefrombeingdamagedisrealized.Thirdly,go-homeoperationofstackermustbedonebeforeexecutingtasksofwarehousingandothers.Stackerisanindustrialrobotwhichhasthreefreedomdegreesinhorizontalmovingdirections,verticalmovingdirectionsandforkmovingdirections.Go-homeprotectionwhichcandetectstackerwell-doneornotisdevelopedtoassurethatthefollowingactionsofstackerwillbecorrectandreliable.Finally,methodofone-by-onewarehousing,automaticallychoosingtargetpositonbysystemandthenwarehousingonebyoneaccordingtothesequencenumberofthetargetpositon,isadoptedbymanufacturer.Thismethodcan’tmanuallydesignatetargetpositonpurposefullyandisonlysuitabletothegoodswhichhavethesameorsimilaroutterdimensions.Thefunctionoflocationwarehousingisdevelopedtomanuallydesignatetargetpositon.Thismethodismorevaluablethantheformeroneintheaspectofpurposefullychoosingtargetpositonswhicharesuitabletothegoodswhoseoutterdimensionsaredifferent.ThemodelofstackerismadetodoMatlabsimulationandanalyseadaptivemodelalgorithm.Thesoftwareoflocationwarehousingwhichcanpromoteaddressingaccuracyofstackerisdesignedwiththeadaptivemodelalgorithm.Keywords:ZigbeeAutomaticlogisticssystemStar-controlnetworkAnti-collisionprotectionGo-homeprotectionLocationwarehousingAdaptivemodelalgorithmThesis:ApplicationResearch1绪论11绪论1.1本课题研究的内涵与意义物流活动由纷繁复杂的诸多环节所组成,其各环节之间却存在着相互关联、相互制约的关系,因此物流是作为一个有机的融合各环节而存在的综合体,这个有机的综合体就称为物流系统。物流系统由“物流作业系统”和支持物流信息流动的“物流信息系统”两大部分组成。物流作业系统包括运输、保管、搬运、包装、流通加工等诸多活动;物流信息系统包括对物流作业系统中的各种活动下达命令、实时控制和反馈协调等信息活动。物流作业系统和物流信息系统之间存在一定的层次关系,它们之间密不可分,相互依赖,互相配合,以实现整个物流系统的目标。通过从物流系统整体出发,并入信息流,可以把生产、流通和消费全过程看作一个整体系统。运用系统的理论和方法进行物流系统的规划、管理和控制,选择最优方案,则可以降低物流费用、提高物流效率、改善对顾客服务,达到提高社会经济效益和企业经济效益的目的。在高度竞争的市场环境中，企业要追求利润最大化，必须以更有效的方式来满足生产及顾客的要求。日本管理学家西泽修把物流部门降低成本，提高效率而得到的利润称为“企业的第三利润源泉”，也就是物流是继资源领域、人力领域后的第三大利润源泉，原因是前两个利润源潜力越来越小，利润开拓越来越困难的情况下，物流才一被认为是“降低成本的宝库”或“企业脚下的金矿”。目前，在世界各地，已普遍把改造物流结构、降低物流成本作为企业在竞争中取胜的重要措施。为适应现代化生产的需要，物流正向着物流现代化的方向发展。现代物流系统是指在一定的时间和空间里，由所需输送的物料和包括有关设备、输送工具、仓储设备、人员以及通信联系等若干相互制约的动态要素构成的具有特定功能的有机整体。随着计算机科学和自动化技术的发展，物流管理系统也从简单的方式迅速向自动化管理演变，其主要标志是自动物流设备，如自动导引车(AGV-AutomatedGuidedVehicle)、自动存储、提取系统(AS/RS-AutomatedStorage/RetrieveSystem)、空中单轨自动车(SKY-RAV-RailAutomatedVehicle)、堆垛机(Stacker)等，及物流计算机管理与控制系统的出现。因此，对自动化物流系统及其相关技术进行研究具有重要意义。自动化物流技术的研究属国外研究热点，物流国际化与现代化不仅离不开客观经济环境，物流技术的开发与应用也是物流发展的内在原因。信息化、自动化、网络化、智能化、柔性化、标准化等现代