曾 強(qiáng) 黃 娟

前言

電磁或光學(xué)自動(dòng)導(dǎo)引裝置的運(yùn)輸設(shè)備(簡(jiǎn)稱(chēng)AGV)是移動(dòng)機(jī)器人的一種，是現(xiàn)代制造企業(yè)物流系統(tǒng)中的重要設(shè)備，主要用來(lái)儲(chǔ)運(yùn)各類(lèi)物料，為系統(tǒng)柔性化、集成化、高效運(yùn)行提供了重要保證。在以往的生產(chǎn)線(xiàn)上，導(dǎo)向式AGV是人們經(jīng)常采用的方式，需要預(yù)先規(guī)劃AGV的運(yùn)行路線(xiàn)，而且生產(chǎn)車(chē)間的裝置不能隨意移動(dòng),明顯降低了AGV的柔性。因此，非導(dǎo)向式AGV已成為敏捷制造物流系統(tǒng)中的主要選擇。在非導(dǎo)向式AGV系統(tǒng)中，運(yùn)行路徑可以根據(jù)車(chē)間的布局變化，只改變規(guī)劃系統(tǒng)的軟件參數(shù)即可滿(mǎn)足路徑規(guī)劃要求。

目前，在我國(guó)某些汽車(chē)、煙草行業(yè)，AGV已投入使用，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但從使用形式來(lái)看，大都采用屬于固定路徑導(dǎo)向范疇的電磁導(dǎo)引AGV，而珠江啤酒公司引進(jìn)了一批采用激光導(dǎo)引的非固定導(dǎo)向模式的AGV，不僅對(duì)敏捷物流設(shè)備的研制和應(yīng)用有現(xiàn)實(shí)的工程意義，而且對(duì)移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃有重要的理論意義。

3. 安全性能高，不易與加工設(shè)備和其他障礙物碰撞，不會(huì)造成其他設(shè)備的損壞。

4. 通過(guò)安裝在墻面上或者貨架立柱上的反光裝置進(jìn)行導(dǎo)引，不占用土地空間。

5. 系統(tǒng)可靠性極高。AGV采用最先進(jìn)的調(diào)度系統(tǒng)，車(chē)輛管理極為方便，當(dāng)一臺(tái)小車(chē)需要維修時(shí)，其它小車(chē)的生產(chǎn)率不受影響并保持高度的系統(tǒng)可利用性。

6. 節(jié)約能源與保護(hù)環(huán)境。充電和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)耗能少，能量利用率高，噪音極低對(duì)制造和倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境沒(méi)有不良影響。

1. 激光導(dǎo)引式小車(chē)的特點(diǎn)

廣州南沙珠江啤酒綜合倉(cāng)庫(kù)AGV 搭載了激光為導(dǎo)引的自動(dòng)化裝備，能夠沿規(guī)劃的導(dǎo)引路徑行駛，通過(guò)物流系統(tǒng)軟件而集成于整個(gè)工廠(chǎng)的生產(chǎn)監(jiān)控與管理系統(tǒng)中。其特點(diǎn)如下：

1. AGV可與其它物流系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，如AS/RS(自動(dòng)存取系統(tǒng))、各種緩沖站、自動(dòng)輸送鏈、自動(dòng)升降門(mén)等；實(shí)現(xiàn)在工作站之間對(duì)物料進(jìn)行跟蹤；對(duì)輸送進(jìn)行確認(rèn)；與生產(chǎn)線(xiàn)和倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)WMS進(jìn)行在線(xiàn)連接以向工廠(chǎng)管理系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)信息。

2. 人工檢取與堆置物料的勞動(dòng)力減少，操作人員無(wú)需為跟蹤物料而進(jìn)行大量的報(bào)表操作，可顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

2. AGV系統(tǒng)設(shè)計(jì)與部署

2.1 系統(tǒng)工作原理:

系統(tǒng)作業(yè)時(shí)，計(jì)算機(jī)通過(guò)無(wú)線(xiàn)電通訊自動(dòng)將任務(wù)分配給AGV。AGV根據(jù)作業(yè)指令按預(yù)先制定的路徑自動(dòng)駛向作業(yè)點(diǎn)進(jìn)行作業(yè)，在行駛過(guò)程中AGV利用激光頭對(duì)周?chē)瓷浒宓膾呙韬陀?jì)算來(lái)導(dǎo)航并修正自身的偏差，從而保證行走和定位的精度。AGV與上位計(jì)算機(jī)通過(guò)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)系，隨時(shí)將自身的狀態(tài)和任務(wù)的完成情況上報(bào)并顯示在圖形監(jiān)控系統(tǒng)上。

AGV控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)運(yùn)行路線(xiàn)進(jìn)行管理，當(dāng)發(fā)生交通堵塞時(shí)，系統(tǒng)也能夠自行處理。當(dāng)AGV電池的電量不足時(shí)會(huì)自動(dòng)請(qǐng)求充電，由控制系統(tǒng)發(fā)出充電指令，AGV小車(chē)自動(dòng)行駛至充電站進(jìn)行充電。充電的開(kāi)始和結(jié)束信號(hào)由信號(hào)采集系統(tǒng)采集后上報(bào)倉(cāng)儲(chǔ)調(diào)度WCS系統(tǒng)進(jìn)行控制。

2.2 AGV系統(tǒng)構(gòu)成

AGV由車(chē)載控制系統(tǒng)、車(chē)體系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、移載系統(tǒng)和安全與輔助系統(tǒng)組成。

1. 車(chē)載控制系統(tǒng)是AGV的核心部分，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用了工控機(jī)控制管理，通過(guò)導(dǎo)航系統(tǒng)正確定位AGV位置，并能沿正確的路徑行走。通訊系統(tǒng)是AGV和控制臺(tái)之間交換信息和命令的橋梁，控制臺(tái)和AGV之間采用了無(wú)線(xiàn)電通訊，而在AGV和移載設(shè)備之間為了定位精確采用光通訊。

2. 車(chē)體系統(tǒng)包括底盤(pán)、車(chē)架、殼體和控制器、蓄電池安裝架等，是AGV的軀體。

3. 導(dǎo)航系統(tǒng)的功能是保證AGV小車(chē)沿正確路徑行走，并保證一定行走精度。AGV的制導(dǎo)方式按有無(wú)導(dǎo)引路線(xiàn)分為三種:一是有固定路線(xiàn)的方式:二是半固定路線(xiàn)的方式，包括標(biāo)記跟蹤方式和磁力制導(dǎo)方式;三是無(wú)路線(xiàn)方式，包括地面幫助制導(dǎo)方式、用地圖上的路線(xiàn)指令制導(dǎo)方式和在地圖上搜索最短路徑制導(dǎo)方式，而珠江綜合倉(cāng)庫(kù)AGV采用了半固定路線(xiàn)的激光導(dǎo)航模式。

4. 行走系統(tǒng)是使用林德進(jìn)口車(chē)型改裝，行走部分由驅(qū)動(dòng)輪、從動(dòng)輪和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)組成，采用前輪轉(zhuǎn)向和驅(qū)動(dòng)，靈活便捷。

5. 移載系統(tǒng)是用來(lái)完成作業(yè)任務(wù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，珠江啤酒綜合倉(cāng)庫(kù)AGV直接采用了叉架式移栽系統(tǒng)，舉升高度可達(dá)4.5米，精確要求較高。

6. 安全系統(tǒng)具有完善的多級(jí)安全報(bào)警機(jī)制，包括控制臺(tái)系統(tǒng)監(jiān)控、非接觸激光防碰傳感器、接觸式防碰保險(xiǎn)杠、急停按鈕等，可以在各種情況下保證AGV系統(tǒng)以及AGV周邊操作人員及設(shè)備的安全。

珠江啤酒綜合倉(cāng)庫(kù)AGV采用SICK安全模塊,將感應(yīng)范圍控制在半徑1米范圍內(nèi)，包含減速區(qū)和停車(chē)區(qū),(見(jiàn)圖1)。減速區(qū)距離較遠(yuǎn)（黃色區(qū)域），停車(chē)區(qū)距離較近（紅色區(qū)域）。

圖1

二級(jí)安全防護(hù)擋板主要用于低速運(yùn)行時(shí)的防碰保護(hù)，保險(xiǎn)杠檢測(cè)到障礙物，受到一定的壓力后將報(bào)警并控制AGV停止。車(chē)上裝有信號(hào)燈和聲音報(bào)警裝置，當(dāng)小車(chē)發(fā)生故障時(shí)，AGV會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)聲光報(bào)警。同時(shí)通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊系統(tǒng)通知AGV監(jiān)控系統(tǒng)，并將故障問(wèn)題傳輸至監(jiān)控室中,指引人員進(jìn)行處理。

7. 充電系統(tǒng)，車(chē)載顯示器可以查看電量大小，當(dāng)電池容量下降到低限時(shí)，系統(tǒng)向該臺(tái)AGV發(fā)出強(qiáng)制充電命令（此命令有絕對(duì)的優(yōu)先權(quán)）。當(dāng)AGV到達(dá)充電站后，系統(tǒng)通過(guò)I/O接口控制地面充電設(shè)備，對(duì)其充電。充滿(mǎn)后，充電需求信號(hào)消失，AGV小車(chē)可繼續(xù)接受其他任務(wù)。

2.3 AGV系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)部署

1. 現(xiàn)場(chǎng)通訊系統(tǒng)部署。AGV通訊采用無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)通訊,網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)見(jiàn)圖2。使用頻率段為2.4GHz, 速率11Mbps，采用通訊協(xié)議為802.11b。在AGV行駛區(qū)域安裝無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)AP，根據(jù)區(qū)域大小可安裝多個(gè)AP，AP之間無(wú)縫連接。使用7S系統(tǒng)，采用NDC專(zhuān)用通訊模塊RCU，使用頻率為2.4GHZ,共16個(gè)通道，速率19200bps，多個(gè)RCU之間設(shè)置不同頻率。

圖2

2. 現(xiàn)場(chǎng)行駛路徑規(guī)劃。在行走路徑的特定位置處，安裝一批激光/紅外光束的反射板。在行駛過(guò)程中，車(chē)上的激光掃描頭不斷地掃描周?chē)h(huán)境,只要掃描到三個(gè)或三個(gè)以上的反射板，即可根據(jù)它們的坐標(biāo)值以及各塊反光板相對(duì)于車(chē)體縱向軸的方位角，計(jì)算出AGV當(dāng)前在全局坐標(biāo)系中的X, Y坐標(biāo)和當(dāng)前行駛方向與該坐標(biāo)系X軸的夾角，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位和定向。如圖3。

圖3

3. AGV小車(chē)系統(tǒng)功能

圖4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控模塊

1. 圖形監(jiān)控功能。圖4為AGV可以顯示系統(tǒng)中各臺(tái)AGV運(yùn)輸小車(chē)的工作位置及運(yùn)行狀態(tài)，并報(bào)告AGV系統(tǒng)出現(xiàn)的各種故障。狀態(tài)包括正常狀態(tài)、充電需求、手動(dòng)狀態(tài)、急停狀態(tài)、路徑堵塞、小車(chē)丟失、小車(chē)停止等并可隨時(shí)查看和設(shè)置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸入和輸出信號(hào)的狀態(tài)。

2. 查詢(xún)?nèi)蝿?wù)功能?？梢圆榭碅GV運(yùn)輸小車(chē)具體的裝、卸貨地點(diǎn)。任務(wù)列表會(huì)根據(jù)收到的狀態(tài)信息不斷更新，管理員可根據(jù)需要?jiǎng)h除某一項(xiàng)任務(wù)命令或改變?nèi)蝿?wù)命令的某些參數(shù)；

3. 查看狀態(tài)功能。查看系統(tǒng)中AGV運(yùn)輸小車(chē)的車(chē)載控制器的某些狀態(tài)，跟蹤指定的AGV運(yùn)輸小車(chē)，取消不在系統(tǒng)中的AGV運(yùn)輸小車(chē)，釋放多臺(tái)AGV運(yùn)輸小車(chē)之間的堵塞。

4. 事件管理功能。可實(shí)時(shí)報(bào)告警告事件，包括AGV運(yùn)輸小車(chē)等待充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，車(chē)輛阻塞時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，AGV小車(chē)丟失，裝、卸貨站臺(tái)號(hào)無(wú)效或錯(cuò)誤等。

5. 報(bào)警提示功能。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，可以顯示發(fā)生時(shí)間、發(fā)生地點(diǎn)，故障代碼等，還可提供設(shè)備的故障維修幫助信息。

6. 路徑變更功能?？梢愿鶕?jù)用戶(hù)需要，可快速變更AGV運(yùn)行的路徑及取、卸貨站臺(tái)位置點(diǎn)的信息。

7. 數(shù)據(jù)維護(hù)功能：

· 可以修正接口數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的可視化操作的維護(hù)界面，當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的時(shí)候，可以暫停AGV系統(tǒng)，維護(hù)員登陸AGV系統(tǒng)通過(guò)維護(hù)界面對(duì)接口異常的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，修正后啟動(dòng)AGV系統(tǒng)能繼續(xù)正常運(yùn)行；

· 可以提供系統(tǒng)各模塊內(nèi)部的系統(tǒng)錯(cuò)誤的維護(hù)界面，維護(hù)員可以通過(guò)相應(yīng)的可視化維護(hù)界面解決異常錯(cuò)誤問(wèn)題；

· 可以提供AGV系統(tǒng)各模塊的運(yùn)行及設(shè)備情況的監(jiān)控界面，作業(yè)數(shù)據(jù)查詢(xún)界面，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)可以直觀(guān)地、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地在控制系統(tǒng)上顯示；

· 系統(tǒng)提供自動(dòng)備份與恢復(fù)功能，包括數(shù)據(jù)與程序，當(dāng)遇到異常無(wú)法正常運(yùn)行或無(wú)法啟動(dòng)時(shí)，要實(shí)現(xiàn)可以馬上恢復(fù)到最新的能正常運(yùn)行的狀態(tài)。

4. 結(jié)論

綜合倉(cāng)庫(kù)是一個(gè)集自動(dòng)化設(shè)備一體的綜合物資儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)，自動(dòng)化運(yùn)輸設(shè)備(AGV)更是倉(cāng)庫(kù)運(yùn)轉(zhuǎn)的中心樞紐，AGV可以通過(guò)系統(tǒng)信息的分配,快速提取起始地和目標(biāo)地信息,準(zhǔn)確無(wú)誤的將所需貨物運(yùn)送至指定地方,減少了人工尋找貨物所不必要的損耗時(shí)間，提高了倉(cāng)庫(kù)運(yùn)行的整體效率。

珠江啤酒智能AGV的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)庫(kù)內(nèi)部無(wú)人工叉車(chē)運(yùn)作，降低了人工成本，減輕了工人的作業(yè)強(qiáng)度，AGV車(chē)載上裝有各種安全性能裝置，為工人、物料、作業(yè)環(huán)境提供了安全，最終與生產(chǎn)線(xiàn)和庫(kù)存管理系統(tǒng)進(jìn)行在線(xiàn)連接，實(shí)現(xiàn)綜合倉(cāng)庫(kù)倉(cāng)儲(chǔ)信息的智能化管理。