Polyplan公司的总部位于德国慕尼黑附近的Straßlach，也是Pepperl+Fuchs集团公司下属的一家子公司。Polyplan公司大约生产了20台这样的托盘拆垛设备，其主要客户群体集中在汽车行业。由于当前劳动力市场中缺少熟练工人，因此，Polyplan公司研发生产的、能够在托盘物资拆垛的自动化KLT卸垛系统越来越引起业内人士的兴趣。这里的自动化卸垛系统指的是：原本需要人工手动拆垛的多层周转箱（例如，一块托盘上叠放着6层，每层4个啤酒周转箱的情况），现在将由机器人控制完成卸垛作业，实现从托盘上自动卸下多层周转箱的过程。Polyplan公司的机器人自动化卸垛系统可以根据客户具体的使用要求量身定制地设计专用的机器人、抓取机械手、传感器、控制系统、专用的控制程序、连接用输送带、集成的OT操作技术和IT信息技术系统等。机器学习功能能够支持并帮助实现诸如区分不同小件KLT等任务，这对于优化自动化卸垛流程以及应对未来卸垛挑战具有重要意义。

图1  3D测量系统能够准确的测定周转箱的尺寸大小，多功能的机械手卡爪与小件KLT的把手孔完全匹配

具有高度灵活性的自动卸垛系统

机器人控制的托盘自动卸垛系统的灵活性和卸垛效率在很大程度上取决于工作流程所需的技术因素和可以控制的自由度数量。自动卸垛的机器学习也面临着各种各样的挑战：

● 托盘上可以堆叠的周转箱层数为8层或者高达1.4 m的高度；

● 托盘及其上面的货物可以牢靠的捆绑固定；

● 托盘最上层的小件KLT可以用托盘盖盖住；

● 托盘上的每一层可以是不同类型的小件KLT；

● 托盘上各层小件周转箱可以采用不同的堆叠方式；

● 托盘或者托盘上各层周转箱的朝向可以不一致，允许出现错位；

● 必须考虑到在托盘或者各层周转箱之间出现异物和干扰物；

● 托盘上的小件KLT可能受损，周转箱上的把手孔可能会被遮盖住。

Polyplan公司研发生产的机器人卸垛系统能够可靠而且经济高效地应对这些挑战。

符合使用要求的机器人和抓取技术相结合

卸垛系统设计首先要满足客户设计任务书的要求。根据客户的喜好，卸垛工作站配用的机器人可以是KUKA机器人、ABB机器人或者是FANUC公司制造的机器人。上述各家公司都按照Profisafe安全通讯协议的规定，在自己的机器人中集成了OT操作系统并能通过相应的软件包与机器人控制系统建立通讯。卸垛机器人系统是基于客户计划使用的或者实际使用的现场空间大小以及预期的承载能力来设计的。当处理的小件KLT最大重量为25 kg，且机器人卡爪机构重量约为95 kg时，Polyplan卸垛机器人的承载能力范围在150～210 kg之间，这一范围已考虑到了“安全储备系数”。

为了能够灵活且可靠的抓取多种多样的小件KLT，Polyplan公司为卸垛机器人配备了伺服电机驱动的、能够按照小件KLT类型和朝向自动调整周转箱把手孔抓取位置的多功能机械手。两台伺服电机控制着机器人卡爪的线性运动，机械手的主控电机控制着卡爪的运动速度。机械手卡爪的运动和夹紧动作都是在感应器的控制和监测下完成的。这种感应器还能可靠测定小件KLT的正确夹紧，监控KLT的叠放情况、是否可能出现碰撞和是否到达运动终点位置等等。多功能卡爪上配用Profinet现场总线IO信号输入输出控制盒还能收集传感器信号，并将采集到的信号传输给PLS可编程序控制器系统。

除了性能可靠的机械手之外还可以通过可选模块增加机器人的功能。例如处理EPP发泡聚丙烯周转箱或者纸箱、剪断托盘捆扎带及移除托盘盖等操作。

图2  测距式3D视觉解决方案能够可靠的确定托盘最上方顶层的周转箱叠放方式、识别所用周转箱的类型和朝向

能够识别小件KLT的3D传感器

卸垛机器人用于小件KLT托盘卸垛，旨在提升仓库吞吐量并优化人力配置，这直接缩短了物流工时。Polyplan公司的卸垛机器人配3D视觉传感器实现此目标。该传感器能准确判定托盘顶层周转箱叠放情况、类型及朝向，并将数据转为机器人动作指令。

许多自动化卸垛解决方案使用的是直接按照在机器人卡爪上的图像处理技术的摄像机或者传感器，但它们只能将采集的图像转换成不同灰度值的黑白图像。除了在检测小件KLT时经常会遇到的问题之外，例如经常会因周转箱的污染、颜色的偏差、反光等光泽效应或者灯光照射带来的变化从而影响灰度图像处理的质量和图像处理结果的可用性之外，这一系统对数据采集时间的长短也有负面影响。为了采集到下一次所需卸垛周转箱的类型机器人卡爪就需要靠近这些周转箱进行探测。虽然每次探测所需时间仅为几秒钟，但考虑到每个托盘上可能多达80个KLT，这些时间的累积就会变得相当可观。

与此不同的是，Polyplan公司生产制造的小件KLT卸垛系统中使用的是Pepperl+Fuchs集团公司下属VMT图像处理系统有限公司的3D视觉测距技术的解决方案。Polyplan公司的3D识别系统并没有集成在机器人的多功能卡爪上，而是将其安装在卸垛工作站上方的固定位置处。这就使其能够准确的测定最顶层周转箱的堆叠方式、采集到它们最新的3D图像以及每个小件KLT的轮廓、高度和位置数据。另外，它还能检测出各个旋转轴± 20°的位置误差。卸垛机器人的工作循环以及它的卸垛速度不会受到卡爪运动速度和传感器测量时间的影响。Polyplan公司研发生产的卸垛机器人每一个小件KLT的卸垛时间不到10 s，是现代市场中速度最快的同类系统之一。而且Polyplan公司研发的这一机器人卸垛系统有着最高的卸垛过程可靠性；因为它所采集的图像不再是灰度值的图像像素，而是准确的、不受周转箱表面光学外观以及可能的光照度深浅或者外来光线影响的3D距离数据和位置数据。这种高性能的几何形状和位置测量为卸垛机器人的多功能卡爪提供了准确的运动轨迹数据和卡爪抓取时的定位数据。

公司实验室中的视觉和机器人运动调试和测试

近年来，Polyplan公司在世界范围内销售了大约20台这样的机器人卸垛系统，并积累了许多宝贵的经验。现在，Polyplan公司可以在自己的实验室中完成卸垛机器人的视觉测量试验，全面检测卸垛机器人可以完成的各个单项任务。Polyplan公司在设计这些卸垛机器人时考虑了客户提出的边界条件。卸垛机器人的运动过程和机械手卡爪的抓取过程可以在Polyplan公司的实验室内进行早期模拟和优化。像视觉的、运动学的和技术性的应用过程也可以通过仿真模拟变得更加可控。此外，在Polyplan公司的实验室中还可以1:1验证客户的解决方案，在供货前完成卸垛机器人的所有设置和验证，从而简化和加速客户生产现场的卸垛机器人调试和验收。

Polyplan卸垛机器人系统过程可靠、高效且成本效益高，能无缝集成至客户现有自动化、物流线及OT/IT系统。