文/傅俊杰

一、應(yīng)用背景及方案意義

在煙草行業(yè)，工業(yè)煙草工廠都在進(jìn)行智能轉(zhuǎn)型，尤其場(chǎng)內(nèi)的物料搬運(yùn)均已實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備替代人工作業(yè)的模式，但在成品煙到廠外貨車出庫環(huán)節(jié)，仍為傳統(tǒng)的人工叉車或液壓車的出庫模式，無法實(shí)現(xiàn)工廠內(nèi)“最后一環(huán)節(jié)”的智能搬運(yùn)。并且，人車混合區(qū)域作業(yè)，存在安全隱患，數(shù)據(jù)也是通過人工追蹤的模式，無法實(shí)現(xiàn)無縫銜接。

通過AGV自動(dòng)裝車系統(tǒng)，可最終實(shí)現(xiàn)智能型的成品煙自動(dòng)出庫及裝車，大大降低人力管控成本，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的數(shù)據(jù)傳遞，避免人為干預(yù)的生產(chǎn)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，打通工業(yè)煙草廠內(nèi)搬運(yùn)智慧化轉(zhuǎn)型的“最后一環(huán)”。

二、方案實(shí)施難點(diǎn)

目前，現(xiàn)有工業(yè)煙草廠大部分已經(jīng)完成智慧型的生產(chǎn)轉(zhuǎn)型技改，然而，針對(duì)成品煙出庫裝車，目前行業(yè)內(nèi)并沒有很好的解決方案，因此仍沿用傳統(tǒng)月臺(tái)裝車模式，如果要通過AGV系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝車，需要攻克幾個(gè)問題點(diǎn)：

1.貨車停靠定位

運(yùn)輸工業(yè)成品煙的車型有多種，每種車型的內(nèi)部廂體尺寸不一，即使是同一種車型，也會(huì)因?yàn)樨涇囻{駛員的?？?，使得實(shí)際的貨車?？颗c理論設(shè)計(jì)存在偏差。因此，AGV自動(dòng)裝車方案需要一套解決貨車定位的系統(tǒng)作為該方案的輔助系統(tǒng)。

2.地圖模式

傳統(tǒng)AGV系統(tǒng)的運(yùn)行地圖管理軟件，大多為一套整體運(yùn)行地圖，即使同一個(gè)位置，也只是做虛擬的定位位置增加，一旦涉及偏差累計(jì)，無法做相應(yīng)調(diào)整。而該方案的應(yīng)用場(chǎng)景，涉及多種貨車，因此需要一種解決方案去應(yīng)對(duì)不同車廂內(nèi)的AGV運(yùn)行線路。

3.裝車流量

按照行業(yè)的普遍設(shè)計(jì)要求，每臺(tái)貨車裝車時(shí)間不能超過10分鐘，如果使用傳統(tǒng)的AGV車體處理該流量，基本無法實(shí)現(xiàn)，主要時(shí)間損耗在重復(fù)性作業(yè)（以一車10托裝運(yùn)為例，每裝一趟車需要往返10次），以及車廂重復(fù)識(shí)別（AGV每次進(jìn)車廂，需做一次識(shí)別）等困難點(diǎn)上，因此傳統(tǒng)AGV車體顯然無法達(dá)到生產(chǎn)的要求。

4.AGV車體無法自動(dòng)運(yùn)行至車廂內(nèi)

實(shí)際上，因貨車車型不一致，導(dǎo)致高低存在一定偏差，導(dǎo)致常規(guī)的AGV惰輪及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無法進(jìn)入貨車（常規(guī)的AGV惰輪及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要求地面角度＜6°），在傳統(tǒng)月臺(tái)銜接站點(diǎn)，普通的AGV惰輪及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，根本無法運(yùn)行至貨車車廂內(nèi)。

三、解決方案

本文提及的智慧型無人裝車系統(tǒng)，通過貨車自動(dòng)泊車輔助系統(tǒng)，基于SLAM導(dǎo)航的“變地圖”運(yùn)行模式、AGV車體的雙貨叉模式等多個(gè)創(chuàng)新輔助方案結(jié)合，可達(dá)到最終目標(biāo)。

1.貨車?？孔詣?dòng)定位系統(tǒng)

通過激光雷達(dá)測(cè)量，計(jì)算貨車與出貨口的中心偏移量，并將該偏差量（橫梁偏移量及偏移角度），作為AGV小車在貨車內(nèi)的運(yùn)行地圖偏移補(bǔ)償值，如圖1、圖2所示，從而解決貨車?？课坏亩ㄎ粶y(cè)量。

圖1 橫向定位偏差示意圖

圖2 定位角度偏差示意圖

該方案采用的高精度激光雷達(dá)，分辨率為0.33°，在自適應(yīng)濾波算法的搭配下，能完好地測(cè)量出貨車實(shí)際停放位置的中心線與出貨口中心線的偏移量Δd及其夾角Δθ。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際通過該算法及測(cè)量數(shù)據(jù)，如表1所示。

通過實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)查看，最大的貨車定位與實(shí)際停車偏差不超過30mm。

2.基于SLAM導(dǎo)航模式的“變地圖”AGV運(yùn)行模式

AGV的SLAM導(dǎo)航模式在行業(yè)內(nèi)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，該模式采用自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，該解決方案主要偏重變地圖模式。

除主作業(yè)區(qū)域的運(yùn)行地圖外，在該解決方案中，會(huì)為每種規(guī)格的貨車車廂，增加相應(yīng)獨(dú)立的運(yùn)行地圖，使得每款貨車車型均有一套理論的運(yùn)行線路，作為貨車定位偏差基準(zhǔn)線路。

AGV系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)有車廂類型，自動(dòng)切換到對(duì)應(yīng)車廂地圖，且該方式同時(shí)適應(yīng)將來新增的車型。只需要針對(duì)新型的貨車，增加一套獨(dú)立的運(yùn)行地圖即可。應(yīng)用的方式參考圖3，其中“貨車1拼接地圖”，“貨車2拼接地圖”，“貨車3拼接地圖”分別代表不同貨車類型所對(duì)應(yīng)的AGV線路。藍(lán)色區(qū)域?yàn)锳GV主運(yùn)行地圖。

圖3 AGV運(yùn)行線路拼接地圖示意圖

AGV系統(tǒng)會(huì)根據(jù)貨車車型切換至對(duì)應(yīng)的車廂內(nèi)AGV運(yùn)行地圖，從而實(shí)現(xiàn)不同車型切換不同線路，并自動(dòng)拼接到AGV系統(tǒng)主運(yùn)行線路中。

另外，該解決方案的SLAM算法，針對(duì)本項(xiàng)目大場(chǎng)景與場(chǎng)景切換的特點(diǎn)，采用多態(tài)約束卡爾曼濾波的線性濾波與約束濾波。在大場(chǎng)景情況下，線性濾波可以更加穩(wěn)定地進(jìn)行SLAM定位。在場(chǎng)景切換的情況下，約束濾波可以更加快速地切換到不同地圖中，從而使AGV可以更加準(zhǔn)確地進(jìn)出貨車車廂。

至文中及的智慧型中人裝車系統(tǒng)，通過貨車自動(dòng)泊車輔助系統(tǒng)，基于SLAM導(dǎo)航的“變地圖”運(yùn)行模式、AGV車體的雙貨叉模式等多個(gè)創(chuàng)新輔助方案結(jié)合，可達(dá)到最終目標(biāo)。

3.流量解決方案

因貨車裝車都是將兩托盤貨物并一起后，擺放到貨車車廂內(nèi)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)環(huán)境，因此為AGV設(shè)計(jì)了一套雙工位的貨叉（如圖4），使得原本每臺(tái)貨車裝運(yùn)的次數(shù)減少一半，節(jié)約了AGV運(yùn)行至車廂內(nèi)的往返次數(shù)。

圖4 AGV雙工位貨叉示意圖

此外，每次當(dāng)貨車?？糠€(wěn)定后，通過貨車自動(dòng)泊車輔助系統(tǒng)，將貨車?？康睦塾?jì)偏差值，直接換算到對(duì)應(yīng)貨車的地圖定位中，AGV車體只需要一次即可完成多次車廂內(nèi)往返的車廂識(shí)別，而不用每次進(jìn)車廂前做一次車廂定位識(shí)別，也不用進(jìn)車廂后再做環(huán)境識(shí)別，大大節(jié)約因車廂及環(huán)境識(shí)別所需的時(shí)間。結(jié)合上述方法實(shí)際的測(cè)算數(shù)據(jù)（表2），完全滿足生產(chǎn)所需流量。

表2 系統(tǒng)流量測(cè)算示意圖

4.新型的惰輪及驅(qū)動(dòng)模式

傳統(tǒng)的AGV運(yùn)行主要由驅(qū)動(dòng)惰輪，輔助輪組成，對(duì)地面的平整度要求較高，一般采用環(huán)氧樹脂模式，新的AGV車體驅(qū)動(dòng)，借鑒人工叉車的驅(qū)動(dòng)模式，輪子采用橡膠輪胎，對(duì)地面的要求大大降低。因主驅(qū)動(dòng)輪也不再是傳統(tǒng)的樹脂輪胎，而是借鑒三點(diǎn)式支撐的電動(dòng)叉車輪胎驅(qū)動(dòng)方式，因此能完好地應(yīng)用在各種粗糙的地面。新型AGV輪胎樣板圖，如圖5。

圖5 新型AGV輪胎樣板圖

四、方案創(chuàng)新及亮點(diǎn)

成品煙智能出庫系統(tǒng)是基于SLAM導(dǎo)航的AGV無人自動(dòng)裝車系統(tǒng)，為工業(yè)煙草的成品煙整托出庫生產(chǎn)模式，提供了一種可行性解決方案，將出庫的WMS倉庫管理和MES生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)，無縫銜接到成品煙工廠輸送環(huán)節(jié)；同時(shí)，出庫環(huán)節(jié)的智能化替代人工作業(yè)模式，避免了人工追蹤導(dǎo)致的生產(chǎn)和質(zhì)量數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)，這也為將來的煙草成品輸送接入物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

自主研發(fā)的貨車自動(dòng)定位輔助系統(tǒng)，能精確計(jì)算貨車的相對(duì)停車位數(shù)據(jù)，并提供給AGV交通調(diào)度系統(tǒng)，彌補(bǔ)了工業(yè)卷煙廠貨車停車自動(dòng)定位的技術(shù)難點(diǎn)；根據(jù)現(xiàn)有場(chǎng)景及可利用空間，采用雙貨叉的場(chǎng)景應(yīng)用模式，結(jié)合現(xiàn)有貨車裝載方式，及貨車定位識(shí)別，大幅度地提升了系統(tǒng)流量，而不再單純依靠AGV車輛的數(shù)量來提升流量。

該系統(tǒng)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)論證階段已經(jīng)完成，完全符合預(yù)期，整個(gè)成品煙智能出庫方案將會(huì)在2022年3月30日前轉(zhuǎn)化為可交付的成果。