徐立坤 柳晨陽(yáng) 李瑞霞

摘要：隨著物流業(yè)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代倉(cāng)庫(kù)物流越來(lái)越趨于智能化，智能引導(dǎo)運(yùn)輸車(chē)——AGV的出現(xiàn)，加速了現(xiàn)代倉(cāng)庫(kù)管理自動(dòng)化的進(jìn)程.AGV的使用可以讓運(yùn)輸車(chē)在無(wú)人駕駛的情況下自動(dòng)避開(kāi)障礙物，自動(dòng)將貨物運(yùn)送至指定地點(diǎn).但現(xiàn)有的AGV技術(shù)裝配使用了電磁或者光電等作為自動(dòng)引導(dǎo)裝置，使得運(yùn)輸車(chē)只能夠沿著規(guī)定的軌道行駛，機(jī)動(dòng)性能不強(qiáng).為了解決這一問(wèn)題，讓運(yùn)輸車(chē)在倉(cāng)庫(kù)中更加自由的規(guī)劃路線(xiàn)，提高物流效率，現(xiàn)將射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用在倉(cāng)庫(kù)地板下，使得運(yùn)輸車(chē)在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)實(shí)現(xiàn)自主定位以及自主規(guī)劃路徑的能力.

關(guān)鍵詞：物流業(yè);智能引導(dǎo)運(yùn)輸車(chē);射頻識(shí)別技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP23;TP391.4? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2019）04-0104-04

0 引言

智能引導(dǎo)運(yùn)輸車(chē)的英文縮寫(xiě)為AGV（Automated Guided Vehicle），根據(jù)我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《物流術(shù)語(yǔ)中》對(duì)AGV的定義：裝有自動(dòng)引導(dǎo)裝置的，能夠沿這既定路線(xiàn)行駛的，能在運(yùn)輸車(chē)上編程的，安裝有剎車(chē)裝置的、安全保護(hù)裝置的以及各種貨物搬運(yùn)載功能的運(yùn)輸車(chē)輛[1].但現(xiàn)有的AGV技術(shù)裝配使用了電磁或者光電等作為自動(dòng)引導(dǎo)裝置，使得運(yùn)輸車(chē)只能夠沿著規(guī)定的軌道行駛，機(jī)動(dòng)性能不強(qiáng).例如現(xiàn)有的AGV小車(chē)工作的路線(xiàn)上需要預(yù)先鋪設(shè)有磁條，車(chē)載控制系統(tǒng)通過(guò)磁傳感器接受到的信號(hào)控制AGV小車(chē)沿著預(yù)先鋪設(shè)的磁條路線(xiàn)行駛[2].這種使用磁導(dǎo)航引導(dǎo)的運(yùn)輸車(chē)，只能在既定的磁軌道上行駛，而不能自由的規(guī)劃路徑[3].為了解決這一問(wèn)題，能讓運(yùn)輸車(chē)在倉(cāng)庫(kù)中更加自由的規(guī)劃路線(xiàn)，提高物流效率，現(xiàn)將射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用在倉(cāng)庫(kù)地板下，使得運(yùn)輸車(chē)在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)實(shí)現(xiàn)自主定位以及自主規(guī)劃路徑的能力.隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，多種新型的室內(nèi)定位技術(shù)得到廣泛的研究和應(yīng)用，其中包括藍(lán)牙定位、Wi-Fi定位、UWB超寬帶定位技術(shù)等.研究自動(dòng)化的倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的室內(nèi)定位技術(shù)，可以使得運(yùn)輸車(chē)在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)更加自由的規(guī)劃線(xiàn)路，對(duì)提高倉(cāng)庫(kù)內(nèi)運(yùn)輸作業(yè)小車(chē)的工作效率有大大幫助.

1 射頻識(shí)別定位系統(tǒng)

1.1 射頻識(shí)別定位系統(tǒng)工作原理

射頻定位系統(tǒng)由方向定位器、接收天線(xiàn)、射頻識(shí)別標(biāo)簽等組成.接收天線(xiàn)通過(guò)發(fā)射一定頻率的射頻信號(hào)，到射頻識(shí)別標(biāo)簽進(jìn)入接收天線(xiàn)接收區(qū)域是將產(chǎn)生感應(yīng)電流，此時(shí)射頻識(shí)別標(biāo)簽獲得能量，射頻識(shí)別標(biāo)簽將自身的位置編碼信息發(fā)射出去，由接收天線(xiàn)接收并傳送到解碼器進(jìn)行相關(guān)的信號(hào)處理[4].處理器依據(jù)編碼即可匹配到當(dāng)前的位置信息，以完成定位工作.

1.2 射頻識(shí)別定位系統(tǒng)簡(jiǎn)介

由于射頻識(shí)別是非接觸性質(zhì)的識(shí)別，所以不會(huì)帶來(lái)誤差的干擾.射頻識(shí)別定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示.射頻識(shí)別標(biāo)簽布局如圖2所示.

射頻識(shí)別定位系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是精度高、抗干擾能力強(qiáng)、成本較低.其缺點(diǎn)是精度由標(biāo)簽密度決定，若想獲得高精度定位，標(biāo)簽鋪設(shè)就得更加密集;由于標(biāo)簽鋪設(shè)在地板下面，后期維護(hù)較為耗時(shí)，維護(hù)成本較高等.隨著日后的應(yīng)用，其軟件算法部分可以彌補(bǔ)部分的不足，代碼將會(huì)不斷優(yōu)化更新，整套系統(tǒng)也將運(yùn)行的越來(lái)越成熟可靠，維護(hù)成本也將進(jìn)一步降低.

2 智能引導(dǎo)運(yùn)輸車(chē)總體結(jié)構(gòu)

智能引導(dǎo)運(yùn)輸車(chē)的總體結(jié)構(gòu)如圖3所示，底部結(jié)構(gòu)如圖4所示，其主要部分由貨架托、天線(xiàn)組、電池組、電機(jī)、輪子、避障傳感器、控制器等構(gòu)成.

本運(yùn)輸車(chē)采用四輪設(shè)計(jì)，四輪均可以獨(dú)立控制，以實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、轉(zhuǎn)向、后退等操作.天線(xiàn)組采用四天線(xiàn)設(shè)計(jì).天線(xiàn)1用來(lái)定位前方位置，天線(xiàn)2用來(lái)定位左方位置，天線(xiàn)3用來(lái)定位右方位置，天線(xiàn)4用來(lái)定位中心位置，采用四天線(xiàn)設(shè)計(jì)可大大降低錯(cuò)誤率，提高定位精度.

運(yùn)輸車(chē)主要用來(lái)搬運(yùn)貨架，貨架托能夠升起以抬升貨架，整套設(shè)備使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電池組提供能源保障.貨架托不用時(shí)可以縮回運(yùn)輸車(chē)內(nèi)部，由于運(yùn)輸車(chē)高度低，可以進(jìn)去貨架下面，到達(dá)貨架下下面時(shí)，貨架托升起，托起貨架，運(yùn)輸車(chē)托著貨架移動(dòng)，起到搬運(yùn)的效果.

運(yùn)輸車(chē)直接和后臺(tái)服務(wù)器相連，由后臺(tái)服務(wù)器統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一發(fā)送路徑指令.移動(dòng)、搬運(yùn)等操作都可以認(rèn)為干預(yù)，增強(qiáng)了運(yùn)輸車(chē)的機(jī)動(dòng)性能.

3 智能引導(dǎo)運(yùn)輸車(chē)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本套智能引導(dǎo)運(yùn)輸車(chē)系統(tǒng)具有兩種控制方式，一種是根據(jù)標(biāo)簽定位的自動(dòng)路徑規(guī)劃控制方式;另一種為人工干預(yù)的手動(dòng)路徑規(guī)劃控制方式.人工干預(yù)模式下，操作員只需使用遙控器或者后臺(tái)服務(wù)器遠(yuǎn)程遙控運(yùn)輸車(chē).操作員可以手動(dòng)控制運(yùn)輸車(chē)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向、控制貨架托的上升、下降等操作.人工干預(yù)模式下不需要編程操作，只需要電路設(shè)計(jì).

自動(dòng)路徑規(guī)劃模式下，運(yùn)輸車(chē)負(fù)責(zé)收集標(biāo)簽位置信息，判斷工作狀態(tài).運(yùn)輸車(chē)將收集到的位置信息傳輸至后臺(tái)服務(wù)器，后臺(tái)服務(wù)器統(tǒng)一規(guī)劃路徑，可防止相撞事故發(fā)生.自動(dòng)路徑規(guī)劃模式下需要編寫(xiě)算法，包括自動(dòng)糾偏程序、貨架托升降程序、防撞程序、自動(dòng)路徑規(guī)劃程序等.

軟件系統(tǒng)如圖5所示.

3.1 自動(dòng)糾偏程序設(shè)計(jì)

自動(dòng)糾偏程序設(shè)計(jì)流程是當(dāng)運(yùn)輸車(chē)開(kāi)機(jī)時(shí)，根據(jù)天線(xiàn)4所采集到的中心位置定位當(dāng)前所處的位置信息.運(yùn)輸車(chē)將中心位置上傳至服務(wù)器，報(bào)告自己所處的位置.當(dāng)AGV開(kāi)機(jī)后，控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)標(biāo)簽的位置信息，通過(guò)四組天線(xiàn)探測(cè)的標(biāo)簽狀態(tài)分析，判斷當(dāng)前運(yùn)輸車(chē)是否處于工作區(qū)域和判斷姿態(tài)是否正確，之后自行配對(duì)路徑.具體方法是，若四組天線(xiàn)均接收到了標(biāo)簽的位置信息，則判斷沒(méi)有偏離工作區(qū)域，并且姿態(tài)正確;若四組天線(xiàn)只有一個(gè)或兩個(gè)接收到了標(biāo)簽的位置信息，則判斷可能偏離工作區(qū)域或姿態(tài)錯(cuò)誤，此時(shí)，運(yùn)輸車(chē)在原地旋轉(zhuǎn)直到四組天線(xiàn)均接收到了標(biāo)簽的位置信息，若旋轉(zhuǎn)一周后仍不能完全匹配上標(biāo)簽則向服務(wù)器發(fā)送告警信息，由操作員人工確認(rèn)[5].剛開(kāi)機(jī)時(shí)有兩種工作狀態(tài)，一是就位狀態(tài)（當(dāng)日首次開(kāi)機(jī)），二是工作狀態(tài)（臨時(shí)斷電重啟）.就位狀態(tài)：當(dāng)日首次開(kāi)機(jī)，運(yùn)輸車(chē)將自己的位置旋轉(zhuǎn)正，服務(wù)器向運(yùn)輸車(chē)規(guī)劃返回工位路徑，運(yùn)輸車(chē)通過(guò)天線(xiàn)1、天線(xiàn)2、天線(xiàn)3確定自己的方向信息，順著路徑返回工位.工作狀態(tài)：當(dāng)遇到突發(fā)事件，如發(fā)生碰撞、失去與服務(wù)器連接、定位失敗等，運(yùn)輸車(chē)需要斷電重啟，開(kāi)機(jī)后運(yùn)輸車(chē)首先將自己的位置旋轉(zhuǎn)正，之后服務(wù)器會(huì)讓運(yùn)輸車(chē)?yán)^續(xù)完成未完成的工作，服務(wù)器向運(yùn)輸車(chē)規(guī)劃目標(biāo)貨架路徑，運(yùn)輸車(chē)通過(guò)天線(xiàn)1、天線(xiàn)2、天線(xiàn)3確定自己的方向信息，順著路徑到達(dá)目標(biāo)貨架，完成規(guī)定任務(wù).

3.2 防碰撞程序

運(yùn)輸車(chē)在工作或行駛的過(guò)程中，服務(wù)器規(guī)劃的路徑可能會(huì)出現(xiàn)障礙物例如掉落的貨物或突發(fā)的動(dòng)態(tài)障礙物如操作員的走動(dòng)等，這就要求AGV需要具備一定的障礙物感知能力以實(shí)現(xiàn)防碰撞和障礙物規(guī)避，主動(dòng)向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，立即規(guī)劃出一條規(guī)避線(xiàn)路，此防碰撞程序優(yōu)先級(jí)較高，在人工干預(yù)模式下也自動(dòng)運(yùn)行[6].

如圖6所示，這是三通道的超聲波探測(cè)模塊的配置圖，每組模塊間均有30度的重疊部分.

超聲波探測(cè)器安裝在運(yùn)輸車(chē)車(chē)體上，探測(cè)范圍0.1m-0.5m，波束角度為60度.每組傳感器均能在這60度的探測(cè)范圍內(nèi)獲取障礙物的位置信息.這三組傳感器每組均有30度角度的交叉重疊范圍，于是，同一個(gè)障礙物可能被探測(cè)器1和探測(cè)器2同時(shí)探測(cè)到.若探測(cè)器1和探測(cè)器2同時(shí)檢測(cè)到障礙物，則視為該障礙物有威脅，運(yùn)輸車(chē)此時(shí)將立即停車(chē)并向服務(wù)器報(bào)告現(xiàn)在的位置.若此障礙物不是路過(guò)的正在工作的運(yùn)輸車(chē)，即未發(fā)生接近事件，此運(yùn)輸車(chē)原地順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，再次探測(cè)障礙物信息，若仍有障礙物則逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)180度，當(dāng)沒(méi)有障礙物時(shí)，向服務(wù)器發(fā)送方向信息，由服務(wù)器重新規(guī)劃路線(xiàn)[7].

3.3 路徑規(guī)劃程序

整套路徑規(guī)劃完全在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)，由服務(wù)器根據(jù)當(dāng)前倉(cāng)庫(kù)中所有貨架以及所有運(yùn)輸車(chē)的位置規(guī)劃出一條沒(méi)有障礙物的路線(xiàn).具體的規(guī)劃方法如圖7所示.

從1號(hào)位到8號(hào)位的整套路徑為：天線(xiàn)1識(shí)別到2則向前進(jìn)1——確認(rèn)天線(xiàn)4識(shí)別到2——天線(xiàn)1識(shí)別到3則向前進(jìn)1——確認(rèn)天線(xiàn)4識(shí)別到3——天線(xiàn)1識(shí)別到4則向前進(jìn)1——確認(rèn)天線(xiàn)4識(shí)別到4——天線(xiàn)1識(shí)別到5則向前進(jìn)1——確認(rèn)天線(xiàn)4識(shí)別到5——天線(xiàn)2識(shí)別到6則逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度——確認(rèn)天線(xiàn)4識(shí)別到5天線(xiàn)2識(shí)別到4天線(xiàn)1識(shí)別到6——天線(xiàn)1識(shí)別到6向前進(jìn)1——確認(rèn)天線(xiàn)4識(shí)別到6——天線(xiàn)1識(shí)別到7則向前進(jìn)1——確認(rèn)天線(xiàn)4識(shí)別到7——天線(xiàn)1識(shí)別到8則向前進(jìn)1——確認(rèn)天線(xiàn)4識(shí)別到8.此時(shí)已經(jīng)走完整套路徑.若其中某一步由于種種原因偏離了既定的路徑，則執(zhí)行自動(dòng)糾偏程序.

針對(duì)多AGV小車(chē)一起工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生相互接近的沖突事件，當(dāng)接近事件發(fā)生時(shí)，需要決定哪輛運(yùn)輸車(chē)優(yōu)先通過(guò)，這樣會(huì)影響工作效率.此時(shí)需要引入通過(guò)優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)的排布方法如下：

（1）分別計(jì)算出每輛運(yùn)輸車(chē)與其它運(yùn)輸車(chē)經(jīng)過(guò)相同標(biāo)簽的個(gè)數(shù)和發(fā)生接近事件的次數(shù);

（2）比較每輛運(yùn)輸車(chē)與其它運(yùn)輸車(chē)發(fā)生接近事件的次數(shù)，將發(fā)生接近事件最多的運(yùn)輸車(chē)設(shè)置為最低優(yōu)先級(jí)，而將發(fā)生接近事件最少的運(yùn)輸車(chē)設(shè)置為最高優(yōu)先級(jí);

（3）若出現(xiàn)多輛運(yùn)輸車(chē)發(fā)生接近事件的次數(shù)相同，則比較這些運(yùn)輸車(chē)與其他運(yùn)輸車(chē)經(jīng)過(guò)相同標(biāo)簽的個(gè)數(shù)，將經(jīng)過(guò)相同標(biāo)簽個(gè)數(shù)最多的運(yùn)輸車(chē)設(shè)置為最高優(yōu)先級(jí);

（4）以此類(lèi)推，對(duì)之后的運(yùn)輸車(chē)設(shè)置優(yōu)先級(jí).

在（2）中，降低發(fā)生接近事件最多的運(yùn)輸車(chē)的優(yōu)先級(jí)，可以讓其余運(yùn)輸車(chē)更加順暢的行駛，進(jìn)而提高了運(yùn)輸效率.在（3）中，提高通過(guò)相同標(biāo)簽數(shù)最多的運(yùn)輸車(chē)的優(yōu)先級(jí)，可以降低因延時(shí)而使通過(guò)相同標(biāo)簽衍化成接近事件的概率，進(jìn)而減少了接近事件的發(fā)生[8].

3.4 貨架托升降程序

貨架托的作用是托起貨架，帶著貨架一起移動(dòng)，起到搬運(yùn)貨架的目的.當(dāng)運(yùn)輸車(chē)停在貨架下方時(shí)，貨架托升起，將貨架脫離地面.此時(shí)，運(yùn)輸車(chē)向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求命令，等待服務(wù)器下發(fā)下一步路徑規(guī)劃命令.

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)射頻識(shí)別技術(shù)給AGV運(yùn)輸車(chē)提供了另一種引導(dǎo)方式.研究分析了運(yùn)輸車(chē)的軟件系統(tǒng)，根據(jù)射頻識(shí)別標(biāo)簽精確定位的方式，以及位置引導(dǎo)方式.根據(jù)天線(xiàn)組判斷運(yùn)輸車(chē)的方向，通過(guò)自動(dòng)糾偏程序調(diào)整運(yùn)輸車(chē)的姿態(tài).本文重點(diǎn)分析了路徑規(guī)劃的方式.通過(guò)進(jìn)一步的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，本文所述的軟件系統(tǒng)具有一定的可靠性和穩(wěn)定性.

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