文/劉之舟 李建旭 李 偉 謝昊天 周 宇

一、引言

1.AGVS概述

AGVS是“自動導引搬運車系統(tǒng)”的簡稱，具有工作效率高、結(jié)構(gòu)簡單、可控性強、安全性好等優(yōu)點。AGV是指裝備有電磁或光學等自動導引裝置，能夠沿規(guī)定的導引路徑行駛，具有安全保護以及多種移載功能的搬運車。與物料輸送中常用的其他設(shè)備相比，AGV的活動區(qū)域無需鋪設(shè)軌道、支座架等固定裝置。因此，在自動化物流系統(tǒng)中，AGVS最能充分地體現(xiàn)其自動性和柔性，實現(xiàn)高效、經(jīng)濟和靈活的無人化生產(chǎn)。

2.AGVS的總體結(jié)構(gòu)和地面控制部分結(jié)構(gòu)

AGV小車通過無線網(wǎng)絡(luò)連接監(jiān)控機、管理機，AGVS總體結(jié)構(gòu)圖，如圖1。

AGVS地面控制部分主要由物流系統(tǒng)管理機、AGV系統(tǒng)管理監(jiān)控主機組成，其中AGV管理和監(jiān)控計算機是AGV系統(tǒng)運行的核心，主要功能有：執(zhí)行任務命令；為不同的運輸任務分配最優(yōu)的AGV小車；為每個運輸任務安排運輸路線；控制AGV系統(tǒng)中的多臺AGV小車的交通；處理現(xiàn)場的一些輸入、輸出信號。AGVS地面控制部分，如圖2。

二、涂料行業(yè)的AGVS具體實現(xiàn)

根據(jù)涂料行業(yè)現(xiàn)場實際環(huán)境，需要對AGVS系統(tǒng)進行針對性規(guī)劃設(shè)計

移動搬運機器人物料自動搬運范圍包括自動碼垛工序、人工碼垛工序、產(chǎn)品入庫工序和空托盤出庫工序等，實現(xiàn)物料全過程的自動轉(zhuǎn)運，并與倉庫管理系統(tǒng)WMS系統(tǒng)實現(xiàn)無縫集成對接。工位需要物料時，由物流系統(tǒng)下達搬運請求，AGV 系統(tǒng)接到指令后，下達任務給就近的AGV，AGV接到任務行駛到達站臺準確位置后，抬升貨叉將托盤貨物取下，自動搬運至請求要料的站臺輸送機或地面的堆位上。

為了AGV與輸送機安全對接，AGV 進入取貨工位前，向上位物流系統(tǒng)發(fā)出請求進入信號，收到“允許進入”信號，同時需此處安全光柵放行后AGV駛?cè)耄碅GV需與上級系統(tǒng)及硬件聯(lián)鎖保護。

涂料自動灌裝設(shè)備、涂料自動包裝設(shè)備、自動碼垛設(shè)備、倉儲立體庫、輸送機及軌道穿梭車、移動搬運機器人（AGV）系統(tǒng)等，通過互聯(lián)互通的工業(yè)有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并通過倉庫管理系統(tǒng)WMS、倉庫控制系統(tǒng)WCS、生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)MES、AGV調(diào)度系統(tǒng)AMS實現(xiàn)涂料灌裝到倉儲、出庫過程的全生命周期管控和質(zhì)量追溯。

在涂料行業(yè)的AGV項目中，機科股份作為核心物流裝備（移動搬運機器人AGV系統(tǒng)）的集成商，提供了移動搬運機器人（AGV）、自動充電站、AGV管理控制工作站、控制系統(tǒng)軟件、AGV管理監(jiān)控系統(tǒng)、部分有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)的硬件搭建和現(xiàn)場設(shè)備網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通以及與倉庫管理系統(tǒng)WMS、倉庫控制系統(tǒng)WCS和生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)MES等的無縫集成，實現(xiàn)自動碼垛、人工碼垛、自動灌裝、產(chǎn)品入庫等生產(chǎn)過程涉及的物料（空托盤垛、成品涂料垛等）自動搬運，實現(xiàn)物料搬運和成品倉儲的無人化、電子化。

三、系統(tǒng)設(shè)計的重點問題和項目應用中的技術(shù)創(chuàng)新

1.系統(tǒng)優(yōu)化

（1）柔性曲線及其優(yōu)化工具以及Drawing Line Tool工具的使用

由于項目現(xiàn)場物理空間特別狹小，支路通道狹窄，采用常規(guī)模式畫線段不能滿足要求。采用柔性曲線，能夠保證在畫一條線段時自動分析線段起點和終點的坐標差距，并且結(jié)合小車轉(zhuǎn)向的最大角速度和最大速度把線段分成若干小段，然后通過優(yōu)化工具進行優(yōu)化，使AGV小車占用空間最小。圖3(a)為柔性曲線模式和(b)為常規(guī)模式產(chǎn)生的包絡(luò)線，它們的起點和終點坐標均相同，如紅框所示，柔性曲線模式占用的空間明顯較小。

由于支路通道狹窄，并且某些站臺存在的物理干涉較多，單純地采用柔性曲線難以滿足現(xiàn)有的條件，結(jié)合Drawing Line Tool工具，使線段的包絡(luò)線占用的空間更小，Drawing Line Tool工具相當于在無法移動的固定“障礙物”周圍加了一層保護，結(jié)合優(yōu)化工具進行優(yōu)化，使占用空間更小，保證AGV小車可以順利通過。圖4（a）為未使用Drawing Line Tool工具和(b)為使用Drawing Line Tool工具產(chǎn)生的包絡(luò)線，它們的起點和終點坐標均相同，而使用Drawing Line Tool工具占用的空間明顯較小。

圖1 AGVS總體結(jié)構(gòu)圖

圖2 AGVS地面控制部分

圖3 （a）柔性曲線產(chǎn)生的包絡(luò)線 （b）常規(guī)模式產(chǎn)生的包絡(luò)線

圖4 (a)未使用Drawing Line的包絡(luò)線 (b)使用Drawing Line的包絡(luò)線

（2）復合動作和復合任務的實現(xiàn)

貨叉的升降和小車的行走可以單獨控制，考慮到系統(tǒng)的效率和觀賞性等因素，本項目中AGV小車在行走的過程當中調(diào)整貨叉高度（邊走邊升貨叉，邊走邊降貨叉），經(jīng)過實際的使用，效果比較明顯。

圖5 AGV小車執(zhí)行任務流程

圖6 項目現(xiàn)場AGV的使用情況

在任務分配和調(diào)度方面，根據(jù)AGV小車的實際位置、是否有在執(zhí)行任務、執(zhí)行任務的距離和時間等因素，自動將任務分配給AGV小車。AGV完成前一作業(yè)任務之后，AGV系統(tǒng)會根據(jù)物流系統(tǒng)任務指令，自動調(diào)度AGV小車執(zhí)行就近任務，這樣有效地提高了系統(tǒng)的效率。

2.信息交互

AGV小車與其它物流設(shè)備有信息交互，為保證安全生產(chǎn)，AGV小車在取貨、卸貨、取貨完成、卸貨完成時均會向上級系統(tǒng)發(fā)出請求以及完成確認信息，待上級系統(tǒng)給出指令后，AGV小車方可執(zhí)行任務，具體流程如圖5。

3.取消任務機制

如果上級系統(tǒng)下發(fā)指令有誤或者人為干預，導致AGV小車接受到錯誤任務，可以在AGV調(diào)度系統(tǒng)上將該任務取消。

4.復雜的交通管制

AGV運行空間狹小，取卸貨站臺較多，涂料行業(yè)AGV數(shù)量一般比較多，容易造成AGV堵塞，為減少多車在該區(qū)域的等待時間和堵塞時間，涂料行業(yè)在路徑規(guī)劃方面對系統(tǒng)進行了優(yōu)化。

5.充電管理功能

由于涂料行業(yè)的生產(chǎn)任務比較繁瑣，設(shè)置了若干個充電站，AGV小車在正常的運行過程中，時刻監(jiān)測電池電壓，當電池電壓低于程序中預先所設(shè)定的值時，AGV小車將會產(chǎn)生一個“低電量報警”信號，待AGV小車執(zhí)行完當前正在執(zhí)行的任務后，自動運行到充電站進行充電，待充電完成后，AGV小車可以繼續(xù)執(zhí)行任務。

四、總結(jié)

涂料行業(yè)AGV項目，通過對AGVS的研究和技術(shù)創(chuàng)新，根據(jù)項目現(xiàn)場的實際環(huán)境，采用合理的路線設(shè)計，更好優(yōu)化了系統(tǒng)的效率，有效減少AGV小車的空跑時間和等待時間，提高了工作效率，使系統(tǒng)更穩(wěn)定、高效的運行。項目現(xiàn)場AGV使用情況，如圖6。