万物皆可STEM:这三种智能机器人,让学生体验掌管未来仓库

原标题:万物皆可STEM:这三种智能机器人,让学生体验掌管未来仓库

快捷方便的网购已经成为中国一张靓丽的名片,2018年的双十一,仅天猫就达成了2135亿元,产生高达10亿个包裹,相当于其他国家一个月的包裹数量。单天产生的订单量甚至比一些国家一整年的订单量还多。

怎样将这么多的包裹准确又快速地送到客户手中呢?传统的仓库运营模式已经无法满足喷发的订单需求。以菜鸟无人仓为代表的现代化智能仓库正以机器人代替人工,快速准确地处理商品订单。下面这个两分钟短片将带你认识菜鸟无人仓从入库到出仓的工作流程。

机器人掌管未来仓库”介绍英国一家网上超市Ocado利用尖端的机器人技术,用机器人管理生鲜的物流。对于科技教师来说,“智能仓库”是一个跟生活关系紧密,而又能够融入科学、技术、工程和数学的很好的课程开发题材。6月18日,科技学堂与老师们进行了“机器人掌管未来仓库”主题的教研活动,我们根据老师们的讨论,汇总成这篇STEM教学方案建议。

智能仓库机器人分析

智能仓库是一个庞大的工程,它需要多种机器人整体协作和配合。在上面的视频中,我们看到了这些机器人:

立体仓储机器人

搬运机器人

包装机器人

机械臂

小型自动引导车

智能传送带

作为一项课程活动,我们需要对庞大的智能仓库体系进行简化。我们将菜鸟无人仓的机器人就可以简化为三种类型:自动引导车智能传送带机械臂,并分析它们的特点。

自动引导车 智能传送带 机械臂
立体仓储机器人搬运机器人小型自动引导车 智能传送带 机械臂包装机器人
灵活、方便、可以大范围移动,携带物品数量中等。 高效、快速、可携带大量物品,但物品只能在特定范围传送,灵活性不足。 高效、快速、可携带大量物品,但物品只能在特定范围传送,灵活性不足。

在组织课程活动上,科技教师可以选择其中一到多种机器人进行智能设计。如果条件允许,教师还可以让各个小组设计不同的机器人,共同完成模拟智能仓库工程任务的建设。与从学习知识出发到智能设计的路径不同,从工程任务出发到智能设计的路线,更能让学生认识智能设计的意义,以及它在现实生活中的作用。

尽管如此,每一种类型的机器人的工作原理仍然十分复杂,科技教师仍需要进一步简化相关机器人,抓住它最基本的原理,做出智能设计的原型。下面我们将对这三种进行分析,为科技教师提供实践的想法。

自动引导车

自动引导车(AGV)是一类轮式移动机器人,它能沿着地板上的导线或标记块或磁条移动,或者通过视觉导航或激光导航移动。在智能仓库中,自动引导车主要工作的地方包括入库、运输和出库的商品移动环节。

对于小件的商品,小型的AGV运载单个商品投放到地板的通道中,送往指定区域,大大增加了分拣和打包的效率。

快仓技术的AGV搬运机器人就开始快速拣选的流程。这些机器人的工作就像超市代购员,它把你要的商品从仓库中取出,分拣到篮子中。

除了智能仓库,自动引导车(AGV)还有很多使用场景。例如,在洋山港的无人码头,巨型的AGV就像集装箱卡车一样可以把到港的集装箱运送到指定位置。大型商品入库时,平板AGV能够托运大型货物进入车间;有的自动引导小车还设计成叉车的样式,方便将商品运入或运出货架;小型的AGV还可以携带小件商品运输到相应地点。

自动引导车与许多老师都熟悉的循线机器人的原理有很多相似之处。我们可以以循线机器人作为原型,把它改造成自动引导车。想一想,你会在循线机器人上加装哪些模块,让它成为自动引导车呢?在云教研活动中,老师们提出了这些想法:

+升降机构 可以让机器人自主抬升货物,可用于立体仓库存储机器人的设计中
+障碍识别传感器 设计具有自主避障功能的AGV,让机器人更具灵活性
+机械臂
+二维码识别器/颜色传感器

根据实际任务的需要你还能想到循线机器人可以与哪些输入或输出机构结合设计出自动引导车呢?留言告诉我们吧。

智能传送带

智能仓库有大量的物品运输环节,自动引导车和传送带是两种最主要的运输工具。自动引导车的特点是方便灵活,可以携带一定数量的商品在广阔的仓库内行走,而传送带的特点是快捷高效,它可携带的商品更多,速度也更快。

与传统传送带不同,智能仓库中的传送带不仅具备基本的运输功能,还应具备能够识别传送带上的商品,自主规划商品传输路线。在智能设计中,最简单的智能传送带包括“识别”和“动作”两个部分。下面最基础的智能传送带案例,侧面有一个颜色传感器,当检测到白色货物通过时,便会控制一侧的机械臂,将货物推到侧面的盒子中。

当然我们可以做出的智能传送带的模式不止如此,我们可以将多个传送带结合起来,成为完整的传送系统。此外,传送带还可以跟机械臂、自动引导车等设备结合,做出不同的功能。

机械臂

的使用方式非常灵活,但每次抓取的商品数量比较少。并且很适合与传送带或自动引导车配合使用。例如,Ocado的智能仓库使用的机械臂可以柔性抓取,它就像超市的收银员一样把每一种商品的扫码结账。

在智能设计中,我们可以用舵机和结构材料设计机械臂,而通过Arduino主控板等材料工具对材料进行编程,使其能够自动抓取货物。

以上我们介绍了三种不同的机器人。而我们通过对不同机器人的功能组合,还能创造出更多有意思的机器人。例如,智能仓库的粘贴面单的包装机器人,就可以看作是“传送带+机械臂”的机器人。在活动中我们让学生思考各种机器人的相似和不同,从而提高学生的工程思维,促进他们对生活的更深入理解。

资料获取

为了帮助各位老师更好地做出“智能仓库”主题课程,我们将这一期活动的所有内容做成一份精美的PPT送给大家,内有丰富的视频材料和精美的视觉设计,教师可以在这份ppt上稍作修改,就可以作为课件使用了。在科技学堂微信公众号(sciclass),回复关键词“智能仓库”即可获得下载这份ppt的方法。

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