孫婷婷

（安徽城市管理職業(yè)學(xué)院，安徽合肥，230000）

0 引言

隨著全球電子商務(wù)的迅速發(fā)展，網(wǎng)購已經(jīng)成為當(dāng)下各年齡層首選的購物方式。商務(wù)部數(shù)據(jù)顯示，過去的十年里，互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)在持續(xù)上升的勢頭。僅2020年一年，全國電子商務(wù)交易超37萬億元人民幣。其中，商品類交易額高達(dá)28萬億元。2021年上半年，網(wǎng)絡(luò)購物用戶人數(shù)增加近3000萬人，達(dá)到了8.1億的驚人規(guī)模。電商對物流的能力要求也越來越高，從而提升智能倉儲的管理及運(yùn)行能力[1]。

由于國內(nèi)物價上漲，特別是人工成本的不斷提高，對作業(yè)效率的提升已迫在眉睫。傳統(tǒng)的物流線，搬送任務(wù)基本都是通過人工去實(shí)現(xiàn)。隨著越來越多的自動化生產(chǎn)設(shè)備的出現(xiàn)，人工搬送效率已跟不上上產(chǎn)線的出貨效率，那么用于執(zhí)行搬送任務(wù)的AGV應(yīng)運(yùn)而生。然而，對于市場現(xiàn)有的AGV來說，設(shè)計的合理性，運(yùn)行的穩(wěn)定程度，上下游設(shè)備的對接等環(huán)節(jié)都存在或多或少的問題。這就造成了AGV導(dǎo)入成本非常高的現(xiàn)象，即使有能力導(dǎo)入后，也承受不了它的高故障率，使得自動化搬運(yùn)AGV使用得不多[2]。2016年12 月在江蘇省召開的 《世界智能制造合作發(fā)展高峰論壇》中，工信部明確表示將自動化倉儲作為中國制造業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的重要任務(wù)之一來實(shí)施[3]。

1 設(shè)計方案

1.1 總體系統(tǒng)構(gòu)思

設(shè)備層通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，并且均與中央控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連接，對于設(shè)備層的調(diào)度均在中央控制系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)。AGV的中央控制系統(tǒng)與上位的倉庫管理系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)任務(wù)信息的傳輸。系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 方案總體系統(tǒng)構(gòu)思

無線叫料平板或者按鈕用于呼叫AGV，MCS/MES系統(tǒng)，與AGV中央控制系統(tǒng)連接后， 可將產(chǎn)線物料I/O信息傳遞給中央控系統(tǒng)，從而自動生成AGV派車指令，智能調(diào)度。

1.2 車體硬件構(gòu)成

AGV主體由底盤和上裝傳動系統(tǒng)構(gòu)成，底盤由框架結(jié)構(gòu)和驅(qū)動部件組成，外觀構(gòu)造如圖2所示。本設(shè)計中的驅(qū)動部件選擇的是舵輪，上裝傳動環(huán)節(jié)由電機(jī)驅(qū)動鏈條實(shí)現(xiàn)。

圖2 AGV外觀構(gòu)造

1.3 AGV關(guān)鍵參數(shù)說明

1.3.1 導(dǎo)航方式

考慮到應(yīng)用場景環(huán)境的惡劣，應(yīng)用磁導(dǎo)航的方式。

路徑鋪設(shè)：將橡膠材質(zhì)的磁條粘貼在地上作為AGV的運(yùn)行軌跡，外表美觀且路線更改容易，如圖3所示。并將耐磨得防滑、防破壞磁條保護(hù)貼貼在磁條上方，放置磁條防止被其他物體壓壞。磁條規(guī)格如表1所示。

圖3 磁條

表1 磁條規(guī)格

地標(biāo)設(shè)置：通過在地面粘貼磁條的不同組合或放置ID卡方式對小車動作進(jìn)行控制，地標(biāo)如圖4所示。指令更換及施工都非常方便。自由設(shè)置路徑根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際要求，AGV行駛路線可任意規(guī)劃；在管控系統(tǒng)作用下，AGV可行走丁字路口、十字交叉路口等復(fù)雜的多回圈路線。

圖4 地標(biāo)卡

1.3.2 驅(qū)動方式

由于本設(shè)計中AGV所搬送的貨物重量為600kg～ 1000kg，屬于重載型AGV。并且實(shí)際的業(yè)務(wù)使用場景需要AGV可以前進(jìn)、后退、全方位（萬向）行駛。所以本設(shè)計的驅(qū)動方式選擇雙舵輪。

舵輪驅(qū)動的AGV，有著明顯的特點(diǎn)和優(yōu)勢：它不僅可以在行駛過程中任意變化車身的姿態(tài)，還可以在狹窄通道或不方便調(diào)轉(zhuǎn)方向的作業(yè)空間和環(huán)境原地旋轉(zhuǎn)，快速變換方向。如圖5所示，本設(shè)計選擇的車輪組合為：兩個驅(qū)動兼轉(zhuǎn)向輪外加四個從動自由輪。

圖5 AGV底視圖

1.3.3 安全防護(hù)

眾所周知，工業(yè)生產(chǎn)安全風(fēng)險無處不在，無時無刻不在發(fā)生。安全生產(chǎn)管理的重視程度，決定了企業(yè)的發(fā)展上限。大多數(shù)企業(yè)在生產(chǎn)中大量投入人力財力，但在日常安全工作中忽視細(xì)小環(huán)節(jié)，簡化工作程序的行為，例如橫穿物流通道，翻越安全圍欄等行為，都是日常生產(chǎn)中存在的安全隱患。

本AGV設(shè)計，綜合了實(shí)際生產(chǎn)的各種環(huán)境因素，從軟、硬件層面做了多重安全防呆措施。安全防護(hù)的介紹詳見表2。

其中，第二重防護(hù)的機(jī)制為：車體對角安裝2個障礙物sensor，sensor感應(yīng)到前方或270°范圍3m內(nèi)有貨物，即觸發(fā)報警并減速；當(dāng)感應(yīng)到0.5m內(nèi)有障礙物，立即停止。該sensor的檢測距離，角度范圍可調(diào)，參數(shù)如表3所示。Sensor工作機(jī)制如圖6所示。

表3 安全sensor參數(shù)

圖6 sensor工作機(jī)制示意圖

第三重防護(hù)的機(jī)制為：車體的四周均安裝了防撞膠條（bumper），當(dāng)前兩重的安全防護(hù)意外失效的時候，車子接觸到障礙物后，擠壓到bumper，圖7中紅色橡膠圈產(chǎn)生變形后，將觸發(fā)緊急停止裝置。

圖7 bumper截面圖

工業(yè)AGV的分類很多，不同的應(yīng)用場景選擇的導(dǎo)航方式、驅(qū)動方式、安全防護(hù)不同。本設(shè)計綜合實(shí)際應(yīng)用場景惡劣的環(huán)境、運(yùn)載貨物情況、設(shè)備安全等級等需求選擇了上述的設(shè)計思路。

2 AGV工作流程

當(dāng)上位系統(tǒng)有物料下線的需求，會通過MES/MCS等中間生產(chǎn)管理系統(tǒng)給AGV的中控系統(tǒng)下發(fā)用車任務(wù)；當(dāng)產(chǎn)線有非常規(guī)用車需求的時候，也可以人工通過無線移動設(shè)備（手機(jī)，pad）下發(fā)任務(wù)。通常，任務(wù)主要由貨物類型、重量、尺寸、起始點(diǎn)、目的地等信息構(gòu)成。系統(tǒng)架構(gòu)是以WMS操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)的C/S結(jié)構(gòu)模式，但是這就提出了在客戶端安裝專用的客戶端軟件的要求，進(jìn)而既體現(xiàn)了硬件環(huán)境的有效性，也保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是在辦公人員越發(fā)增長的智能化需求面前，仍有一定的差距。B/S結(jié)構(gòu)模式具備非常好的分析效果，用它來維護(hù)系統(tǒng)軟件就會變得十分的便捷。但是，為了達(dá)到這個效果，必須集中分布使用的服務(wù)器。在制定系統(tǒng)設(shè)計方案的時候，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮把前端與后端分離開，應(yīng)用Vue+Element UI進(jìn)行前端節(jié)點(diǎn)的設(shè)計研發(fā)工作，由Node執(zhí)行和傳輸。同時，后端的主框架可以選擇輕量級的SSM。為了保證系統(tǒng)更加穩(wěn)定和適用，在整個請求環(huán)節(jié)中的檢驗(yàn)方式選擇Token，對確保系統(tǒng)的整體效率更加有利，并在關(guān)系數(shù)據(jù)庫分析系統(tǒng)中使用內(nèi)部數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上建立一個日志管理平臺，對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)管。

在沒有執(zhí)行任務(wù)的時候，AGV會在待命區(qū)停留等待。中控系統(tǒng)接收到任務(wù)后，會根據(jù)產(chǎn)品信息，分配相應(yīng)尺寸的AGV去執(zhí)行該任務(wù)。AGV收到任務(wù)后，會前往起始點(diǎn)取料，到達(dá)位置后與port口進(jìn)行通訊交握，對接確認(rèn)后，port口滾筒線啟動，貨物輸送至AGV上，隨后背負(fù)至目的地下料。同樣，下料前需要進(jìn)行通訊交握，貨物在交握確認(rèn)后自動輸送至目的port口。

任務(wù)執(zhí)行完成后，AGV會根據(jù)電量信息選擇行駛至待命區(qū)還是充電站點(diǎn)。電量等AGV數(shù)據(jù)會在BMS（電池管理系統(tǒng)）里進(jìn)行管理。運(yùn)維人員可根據(jù)使用習(xí)慣設(shè)置充電的臨界電量值。低于該電量，則自動前往充電站點(diǎn)。AGV完整工作流程如圖8所示。

圖8 AGV工作流程圖

3 結(jié)論

顯而易見，各行各業(yè)都在飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)在各個領(lǐng)域上的應(yīng)用越來越廣，為了“中國制造2025”戰(zhàn)略目標(biāo)更加堅定地實(shí)現(xiàn)，將智能化信息技術(shù)融入各個行業(yè)就變得刻不容緩。尤其是對于倉儲物流行業(yè)，智能搬運(yùn)設(shè)備的設(shè)計與應(yīng)用不僅能夠提高物流效率，而且能降低企業(yè)的成本，更有效地促進(jìn)物流行業(yè)的發(fā)展。除此之外，智能搬運(yùn)設(shè)備還能改善配送機(jī)制和傳統(tǒng)物流線的結(jié)構(gòu)，充分保證各環(huán)節(jié)的搬送效率和準(zhǔn)確性。由此可見，智能倉儲物流搬運(yùn)設(shè)備可以為企業(yè)帶來更多的方便和利益。

本文設(shè)計了一款智能化控制、性能穩(wěn)定性、安全性高的背負(fù)式倉儲物流AGV，主要研究了控制系統(tǒng)、導(dǎo)航方式、驅(qū)動方式、安全防護(hù)等因素。

根據(jù)AGV所運(yùn)輸貨物的質(zhì)量、尺寸等產(chǎn)品信息，制作了車體的承重框架結(jié)構(gòu)?？紤]到應(yīng)用場景的復(fù)雜環(huán)境，選用了磁導(dǎo)航的方式，最大程度地實(shí)現(xiàn)AGV使用的穩(wěn)定性。結(jié)合AGV需要全向運(yùn)行的需求，選用了雙舵輪的驅(qū)動方式。最后在安全防護(hù)的設(shè)計上，也是加入了軟、硬件多重防護(hù)，解決后續(xù)企業(yè)使用時在安全方面的后顧之憂。經(jīng)過多維度的測試，本設(shè)計的AGV結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、性能穩(wěn)定、控制簡便，能夠承擔(dān)當(dāng)前市場絕大多數(shù)應(yīng)用場景的搬運(yùn)任務(wù)。