馮子馨　張?jiān)气P　邵乾虔

摘 要：物流是電商行業(yè)的發(fā)展支柱，而物流分揀效率的好與壞，對(duì)其行業(yè)發(fā)展的情況產(chǎn)生著直接影響，各個(gè)企業(yè)需要對(duì)其提高重視程度。文章根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)多臺(tái)AGV調(diào)度的物流分揀系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)以及路徑規(guī)劃方法進(jìn)行總結(jié)，并從上位機(jī)系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)、下位機(jī)系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)整體運(yùn)行分析四方面，論述了整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與分析。

關(guān)鍵詞：AGV調(diào)度；物流分揀系統(tǒng)；系統(tǒng)硬件

中圖分類(lèi)號(hào)：TH691 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）03-0035-02

Abstract： Logistics is the pillar of the development of e-commerce industry， and the efficiency of logistics sorting has a direct impact on the development of the industry， so each enterprise needs to pay more attention to it. Based on the previous work experience， this paper summarizes the overall design and path planning method of logistics sorting system for multiple AGV scheduling. The realization and analysis of the whole system are discussed from four aspects： the realization of the upper computer system software， the realization of the lower computer system software， the realization of the system hardware， and the analysis of the whole system operation.

Keywords： AGV scheduling； logistics sorting system； system hardware

前言

AGV機(jī)器人具備很強(qiáng)的特殊性，自身安裝有電磁導(dǎo)引裝置以及導(dǎo)引軌道實(shí)現(xiàn)正常行駛，而且還有貨物運(yùn)載以及自主處理能力。在實(shí)際工業(yè)發(fā)展發(fā)過(guò)程中，一般會(huì)將多個(gè)AGV機(jī)器人組合在一起使用，代替人類(lèi)完成更多負(fù)載的操作。從多AGV物流分揀系統(tǒng)應(yīng)用角度來(lái)說(shuō)，整個(gè)工作時(shí)間并不會(huì)受到任何限制，分揀的差錯(cuò)率較低，進(jìn)一步提升了物流分揀效率。

1 多AGV物流分揀系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 快速分揀機(jī)器人設(shè)計(jì)

AGV設(shè)計(jì)工作的開(kāi)展需要以實(shí)際用途情況為主，由于用途不同，整個(gè)AGV的機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制方法等與其他模塊并不相同。根據(jù)具體的物流行業(yè)要求，分揀機(jī)器人需要滿(mǎn)足以下指標(biāo)數(shù)據(jù)：首先，分揀速度需達(dá)到2m/s；其次，在運(yùn)動(dòng)控制上，應(yīng)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退和左右轉(zhuǎn)彎，其中還包括直角轉(zhuǎn)彎等形態(tài)；再次，有導(dǎo)航和定位功能，這樣，整個(gè)系統(tǒng)便能自動(dòng)向前行走，實(shí)現(xiàn)路徑中位置的有效確定。另外，在整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用上，還需要設(shè)計(jì)應(yīng)急功能，當(dāng)檢測(cè)到障礙物時(shí)，應(yīng)停止相關(guān)工作，避免安全事故的出現(xiàn)。最后是管理調(diào)度功能，執(zhí)行上位機(jī)系統(tǒng)中的指令，如停止、轉(zhuǎn)向等。整個(gè)視頻系統(tǒng)的安裝主要涉及攝像頭、圖像處理器及照明系統(tǒng)等，通過(guò)這些裝置，分揀機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)自主導(dǎo)航和定位。無(wú)線通訊系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)分揀機(jī)器人和上位機(jī)系統(tǒng)間的信息交換，為后續(xù)工作的開(kāi)展提供條件。

1.2 AGV控制模塊和數(shù)據(jù)管理模塊

AGV控制模塊具備調(diào)度指令轉(zhuǎn)化和狀態(tài)管理功能，這些功能可以讓分揀機(jī)器人對(duì)指令信息內(nèi)容進(jìn)行識(shí)別。此外，AGV控制模塊是分揀機(jī)器人的模型，管理分揀機(jī)器人的實(shí)時(shí)狀態(tài)，并給其他模塊的工作提供有效支持。人們可以通過(guò)數(shù)據(jù)模塊管理，實(shí)現(xiàn)分揀監(jiān)控信息入庫(kù)功能。從整體看，該數(shù)據(jù)庫(kù)主要有兩方面信息，一個(gè)是包裹對(duì)應(yīng)的物流信息，另一個(gè)是分揀監(jiān)控信息。在識(shí)別條形碼信息之后，系統(tǒng)將其傳遞給上位機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)找到相對(duì)應(yīng)的物流信息，最終獲得包裹數(shù)據(jù)。除此之外，數(shù)據(jù)庫(kù)模塊還要將監(jiān)控信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

1.3 供件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

供件系統(tǒng)主要由傳送帶和機(jī)械臂等組成，貨車(chē)可將包裹直接運(yùn)送到分揀中心，再由工人拆開(kāi)包裝，將其轉(zhuǎn)移到傳送帶上。每個(gè)分揀入口的機(jī)械臂都處于工作狀態(tài)，將快遞運(yùn)到托盤(pán)上。由于技術(shù)所限，本文沒(méi)有對(duì)供件系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，只是利用人工代替供件系統(tǒng)將包裹放到分揀機(jī)器人上[1]。

2 多AGV路徑規(guī)劃方法研究

2.1 基于靜態(tài)確定網(wǎng)絡(luò)的局限性

在整個(gè)AGV物流分揀系統(tǒng)中，分揀機(jī)器人可將包裹從分揀入口搬運(yùn)到出口，人們需對(duì)分揀場(chǎng)景進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)M，如圖1所示。該系統(tǒng)有兩個(gè)分揀入口和四個(gè)分揀出口，由于場(chǎng)地受限，分揀入口在設(shè)計(jì)時(shí)需符合以下規(guī)則：入口1應(yīng)以單向行駛為主，行駛方向?yàn)楣?jié)點(diǎn)10到節(jié)點(diǎn)5；入口2同樣以單向行駛為主，方向?yàn)楣?jié)點(diǎn)10到節(jié)點(diǎn)15。從該實(shí)驗(yàn)中可以看出，研究人員可設(shè)計(jì)耗費(fèi)的固定值。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，分揀機(jī)器人的實(shí)際耗費(fèi)及路徑規(guī)劃信息均有記錄，數(shù)據(jù)內(nèi)容如表1所示。

2.2 動(dòng)態(tài)隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)的路徑規(guī)劃方法

從上述分析中可得，靜態(tài)確定網(wǎng)絡(luò)路徑規(guī)劃有很大的局限性。因此，在具體路徑規(guī)劃上，應(yīng)將AGV物流分揀系統(tǒng)的科學(xué)性展示出來(lái)。首先，在路徑規(guī)劃和模擬上，可將其看作是一個(gè)無(wú)向非循環(huán)網(wǎng)絡(luò)，用G表示，即G={V，E，W（t）}，其中，V代表節(jié)點(diǎn)集合，可與AGV物流分揀系統(tǒng)中的路徑網(wǎng)絡(luò)中路段交點(diǎn)相對(duì)應(yīng)；E代表弧集合，表示形式為：E={（i，j）i，j∈V}，主要與路徑網(wǎng)絡(luò)中的路段相對(duì)應(yīng)。動(dòng)態(tài)隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)路徑規(guī)劃能夠?qū)?shí)際耗費(fèi)的路段選擇情況展示出來(lái)，所以整個(gè)路段的使用情況不會(huì)過(guò)高，更不會(huì)出現(xiàn)分揀機(jī)等待某條路段等問(wèn)題[2]。

2.3 交通管制

交通管制的基本算法如下：在路徑網(wǎng)絡(luò)之中布置不同形式的編碼標(biāo)志，讓分揀機(jī)器人在行駛時(shí)讀取編碼標(biāo)志，并將信息上傳到上位機(jī)系統(tǒng)，即通過(guò)分揀機(jī)器人獲取的信息使上位機(jī)系統(tǒng)得到其具體位置。因而，上位機(jī)系統(tǒng)便可由分揀機(jī)器人的位置情況為其分配合理的路徑。在沖突問(wèn)題解決上，主要以編碼標(biāo)志的應(yīng)用為主。分揀機(jī)器人上安裝的攝像頭以?xún)A斜安裝為主，可提前檢測(cè)編碼標(biāo)志，將信息發(fā)送到上位機(jī)系統(tǒng)中來(lái)指引在前方編碼標(biāo)志處是停止還是前進(jìn)，并精確到編碼標(biāo)志的正上方。

3 整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與分析

3.1 上位機(jī)系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)

上位機(jī)系統(tǒng)軟件主要以Java語(yǔ)言為主，從微服務(wù)框架搭建角度來(lái)說(shuō)，研究人員可應(yīng)用Spring Boot實(shí)現(xiàn)繁瑣工作，解決業(yè)務(wù)邏輯層和其他各層的耦合問(wèn)題。上位機(jī)系統(tǒng)軟件需要與300臺(tái)分揀機(jī)器人實(shí)現(xiàn)同時(shí)通訊，對(duì)實(shí)時(shí)性要求極高，此時(shí)，人們可利用Nettv框架將各種問(wèn)題解決。Swing也能在界面開(kāi)發(fā)之中發(fā)揮作用，利用很少的代碼便能實(shí)現(xiàn)模塊化的重新組建，并將信息顯示界面的優(yōu)勢(shì)呈現(xiàn)出來(lái)。

3.2 下位機(jī)系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)

整個(gè)下位機(jī)系統(tǒng)軟件有兩部分組成，即Jetson TK1系統(tǒng)和Arduino系統(tǒng)軟件。整個(gè)視頻系統(tǒng)采集圖像經(jīng)過(guò)Jetson TK1處理之后，讓分揀機(jī)器人獲取更多的編碼信息，之后通過(guò)串口將信息傳遞到Arduino之中，再通過(guò)PID以及偏差信息控制對(duì)路線進(jìn)行確認(rèn)。該系統(tǒng)內(nèi)容還包括上位機(jī)系統(tǒng)通訊及解析指令等功能。在圖像處理上，OpenCV發(fā)揮了重要作用，該結(jié)構(gòu)主要是以BSD為主，所構(gòu)建出的計(jì)算機(jī)視覺(jué)庫(kù)，為視覺(jué)處理工作提供了很多通用算法。

3.3 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地規(guī)格為2.4m*4.8m，編碼標(biāo)志之間的間隔為60cm。在該實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地之中，設(shè)計(jì)兩個(gè)分揀入口和四個(gè)分揀出口，分揀入口1的行駛形式為單向行駛，方向?yàn)楣?jié)點(diǎn)10到節(jié)點(diǎn)5，分揀入口2同樣為單向行駛，方向?yàn)楣?jié)點(diǎn)10到節(jié)點(diǎn)15。此過(guò)程中，還涉及到一些硬件設(shè)備，如筆記本電腦、無(wú)線路由器等。筆記本電腦提供運(yùn)行場(chǎng)所，無(wú)線路由器構(gòu)建無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)，為后續(xù)工作提供便利條件[3]。

3.4 系統(tǒng)整體運(yùn)行分析

通過(guò)搭建無(wú)線局域網(wǎng)，筆記本和分揀機(jī)器人均可迅速進(jìn)入無(wú)線局域網(wǎng)中，根據(jù)固定IP修改通訊模塊中的服務(wù)器IP。在此過(guò)程中，上位機(jī)軟件系統(tǒng)需要在筆記本電腦上成功運(yùn)行，隨后進(jìn)行分揀機(jī)器人的開(kāi)機(jī)工作。通過(guò)初始化運(yùn)行，上位機(jī)系統(tǒng)接收到相應(yīng)的信號(hào)，分揀機(jī)器人做好前往分揀入口的準(zhǔn)備，并對(duì)其路徑進(jìn)行優(yōu)化。其次，分揀機(jī)器人接受到路徑信息啟動(dòng)后，對(duì)路中的編碼標(biāo)志進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并根據(jù)視覺(jué)導(dǎo)航和定位獲取信息，將信息傳回上位機(jī)系統(tǒng)。此時(shí)，上位機(jī)系統(tǒng)由交通管制算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)分揀機(jī)器人的有效調(diào)度。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)多AGV系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的視覺(jué)導(dǎo)航及多AGV路徑規(guī)劃中存在很多問(wèn)題，無(wú)法與多AGV物流分揀系統(tǒng)相適應(yīng)。因此，文中提出了基于編碼標(biāo)志的定位方法，該方法可彌補(bǔ)現(xiàn)有的視覺(jué)導(dǎo)航定位系統(tǒng)的缺陷，為分揀工作提供了有利條件。

參考文獻(xiàn)：

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[2]張廣會(huì)，敖黎明，劉玉絨.面向物流分揀行業(yè)的設(shè)備遠(yuǎn)程管理及巡檢系統(tǒng)[J].物流科技，2018，41（07）：52-54.

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