AGVS是自動(dòng)化物流系統(tǒng)中的核心組件之一，在生產(chǎn)線的各組成部分之間起到了銜接樞紐的作用，隨著工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度提高，AGVS的應(yīng)用發(fā)展前景廣闊。本文針對(duì)造紙行業(yè)對(duì)AGVS功能的需求，對(duì)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)，并依據(jù)實(shí)際的項(xiàng)目需求，對(duì)路徑規(guī)劃部分進(jìn)行了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了在已經(jīng)規(guī)劃好全局路線的情況下進(jìn)行動(dòng)態(tài)避障的功能，更好地優(yōu)化了系統(tǒng)效率與安全性。
AGVS是“自動(dòng)導(dǎo)引車系統(tǒng)”的簡(jiǎn)稱，具有工作效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可控性強(qiáng)、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。AGV是集機(jī)械裝置、電控設(shè)備、安全防撞設(shè)備、數(shù)據(jù)信息采集傳感器、現(xiàn)場(chǎng)總線等技術(shù)于一體的集成化智能物流搬運(yùn)設(shè)備，在車身上可以擴(kuò)展添加其他功能，如機(jī)械手、滾筒、電子秤平臺(tái)等。在上位機(jī)調(diào)度規(guī)劃下，令A(yù)GV按其規(guī)劃好的路徑進(jìn)行路徑跟蹤，精準(zhǔn)達(dá)到目的站臺(tái)并執(zhí)行取卸貨的要求，實(shí)現(xiàn)取卸貨搬運(yùn)等作業(yè)功能。在自動(dòng)化物流系統(tǒng)中，AGVS最能充分地體現(xiàn)其自動(dòng)性和柔性，實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)和靈活的無(wú)人化作業(yè)。
一、AGVS的軟硬件組成
AGVS硬件控制部分主要由車載控制器、驅(qū)動(dòng)器、舵輪、編碼器、導(dǎo)航傳感器、供電系統(tǒng)、激光避障傳感器、觸摸屏等組成，如圖1。
圖1 AGV硬件控制部分結(jié)構(gòu)圖
AGVS軟件控制部分主要由ERP/MES/WMS主機(jī)和AGV系統(tǒng)管理監(jiān)控主機(jī)組成（如圖2），其中AGV管理機(jī)和監(jiān)控機(jī)是AGVS運(yùn)行的核心，主要功能有：執(zhí)行任務(wù)命令；為不同的運(yùn)輸任務(wù)分配最優(yōu)的AGV小車；為每個(gè)運(yùn)輸任務(wù)安排運(yùn)輸路線；控制AGVS中的多臺(tái)AGV小車的交通；處理現(xiàn)場(chǎng)的一些輸入、輸出信號(hào)等。
圖2 AGVS軟件控制部分結(jié)構(gòu)圖
二、AGVS在造紙行業(yè)的應(yīng)用
通過(guò)AGV小車，從原紙車間向加工車間輸送原紙，然后由加工車間向原紙車間回送芯軸，加工車間同時(shí)包含卷紙和抽紙加工設(shè)備。該系統(tǒng)由一定的程序進(jìn)行控制，達(dá)到AGV統(tǒng)一調(diào)度、在線計(jì)量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及查詢等功能的綜合實(shí)現(xiàn)。
1.紙卷的輸送
物料輸送系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)進(jìn)行原紙及芯軸的輸送任務(wù)，系統(tǒng)根據(jù)原紙卷類型及后續(xù)加工機(jī)臺(tái)要紙申請(qǐng)，自動(dòng)匹配并調(diào)度控制桁架機(jī)械手、AGV完成原紙卷的輸送。具體流程為：
原紙卷卷曲時(shí)，卷紙機(jī)通過(guò)傳感器判斷紙卷是否達(dá)到下線的條件，達(dá)到下線條件后發(fā)起用車指令，系統(tǒng)調(diào)度AGV前往指定位置接貨，AGV到達(dá)指定位置后，卷紙機(jī)自動(dòng)終止卷曲動(dòng)作，由桁架機(jī)械手將原紙卷吊裝在AGV上，同時(shí)發(fā)送原紙卷相關(guān)信息至上級(jí)管理系統(tǒng)，完成錄入和吊裝后AGV記錄當(dāng)前紙卷重量，并傳送AGV管理系統(tǒng)保存記錄，并等待系統(tǒng)下一步調(diào)度指令。同時(shí)，加工車間設(shè)備自動(dòng)發(fā)起要紙指令。原紙卷下線吊裝完成后，如果有加工機(jī)臺(tái)申請(qǐng)了該類型的原紙卷，則系統(tǒng)調(diào)度控制AGV將該紙卷送至申請(qǐng)機(jī)臺(tái)對(duì)應(yīng)的位置，由對(duì)應(yīng)的桁架機(jī)械手將原紙卷取下后進(jìn)行加工，AGV完成原紙卷的輸送任務(wù)。原紙卷下線吊裝完成后，如果均沒有加工機(jī)臺(tái)申請(qǐng)?jiān)擃愋偷脑埦?，則系統(tǒng)根據(jù)機(jī)臺(tái)設(shè)備信息，自動(dòng)將該原紙卷送至默認(rèn)位置等待，并向系統(tǒng)操作人員發(fā)出警報(bào)信息，由操作人員指派該原紙去向。如果加工機(jī)臺(tái)申請(qǐng)紙卷時(shí)，AGV上沒有合適的原紙卷，則系統(tǒng)先記錄申請(qǐng)信息，等有合適的原紙卷下線時(shí)，再根據(jù)申請(qǐng)的先后順序或其他分配原則進(jìn)行分配，將原紙卷送至指定位置。
2.芯軸的輸送
原紙生產(chǎn)機(jī)臺(tái)根據(jù)生產(chǎn)需要，通過(guò)上級(jí)管理系統(tǒng)發(fā)出芯軸需求，AGV小車自動(dòng)行駛至加工車間機(jī)臺(tái)，桁架機(jī)械手自動(dòng)將芯軸放在AGV小車上，AGV小車自動(dòng)送至需求工位。
三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)問(wèn)題和項(xiàng)目應(yīng)用中的技術(shù)創(chuàng)新
1.任務(wù)分配優(yōu)化
在任務(wù)分配和調(diào)度方面，根據(jù)各AGV小車的實(shí)際位置、是否有在執(zhí)行任務(wù)、執(zhí)行任務(wù)的距離和時(shí)間等因素，自動(dòng)將任務(wù)分配給某AGV小車。AGV完成前一作業(yè)任務(wù)之后，AGV系統(tǒng)會(huì)根據(jù)物流系統(tǒng)任務(wù)指令，自動(dòng)調(diào)度AGV小車執(zhí)行就近任務(wù)，這樣有效地提高了系統(tǒng)效率。
2.安全的信息交互
為保證安全生產(chǎn)，AGV管理系統(tǒng)在AGV取貨前、卸貨前、取貨完成、卸貨完成等各階段均會(huì)向上級(jí)管理系統(tǒng)發(fā)出交互信號(hào)，待上級(jí)管理系統(tǒng)確認(rèn)后，AGV小車會(huì)進(jìn)入取卸貨機(jī)臺(tái)，并根據(jù)不同機(jī)臺(tái)，向當(dāng)前對(duì)接的生產(chǎn)設(shè)備發(fā)送當(dāng)前狀態(tài)信息，待對(duì)接設(shè)備根據(jù)收到的信息，協(xié)助完成取卸貨動(dòng)作。待取卸貨動(dòng)作完畢后AGV管理系統(tǒng)還會(huì)自動(dòng)將生產(chǎn)相關(guān)的物料信息反饋至上級(jí)管理系統(tǒng)，待上級(jí)系統(tǒng)給出下一步指令后，AGV小車方可繼續(xù)運(yùn)行（如圖3）。
圖3 AGV小車執(zhí)行取貨任務(wù)流程
3.取消任務(wù)的機(jī)制
如果上級(jí)系統(tǒng)下發(fā)指令有誤或者人為干預(yù)，導(dǎo)致AGV小車接受到錯(cuò)誤任務(wù)從而無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行該任務(wù)時(shí)，可由現(xiàn)場(chǎng)操作人員在AGV觸摸屏上選擇任務(wù)取消，或由控制室人員在調(diào)度系統(tǒng)上將該任務(wù)取消，系統(tǒng)接收到取消指令后，將操作人員及該任務(wù)的狀態(tài)信息記錄，并調(diào)度AGV前往指定位置進(jìn)行卸貨操作，待卸貨完成后，將任務(wù)自動(dòng)取消。如果AGV小車還沒有取到貨物，任務(wù)直接取消無(wú)需卸貨。取消成功后AGV自動(dòng)接收后續(xù)任務(wù)指令。
4.路徑規(guī)劃（以客戶實(shí)際的需求定制）
案例一
案例二
圖4 AGV小車通行路線案例
目前項(xiàng)目中的AGV全局路徑規(guī)劃是依據(jù)小車到取卸貨站臺(tái)的行駛時(shí)間最短的條件來(lái)為小車規(guī)劃路徑（如圖4），以AGV當(dāng)前位置節(jié)點(diǎn)為中心向外層擴(kuò)展，直到擴(kuò)展到所需到達(dá)的取卸貨站臺(tái)節(jié)點(diǎn)為止，計(jì)算從AGV當(dāng)前位置節(jié)點(diǎn)到任務(wù)站臺(tái)節(jié)點(diǎn)的最短權(quán)重路線，通過(guò)不斷選擇距離起點(diǎn)最近的節(jié)點(diǎn)，來(lái)逐漸擴(kuò)大最短權(quán)重路徑，直到覆蓋任務(wù)站臺(tái)節(jié)點(diǎn)，這里權(quán)重所代表的是行駛時(shí)間，行駛時(shí)間依據(jù)地圖規(guī)劃好的節(jié)點(diǎn)間距離除以地圖中規(guī)劃好的節(jié)點(diǎn)間行駛的最大速度可求得。但造紙行業(yè)AGV運(yùn)行空間狹小，取卸貨站臺(tái)較多，容易造成多車擁堵，為解決多AGV在狹窄通道相互運(yùn)行不受干擾，我們?cè)谌致窂揭?guī)劃基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化。
5.充電管理功能
由于造紙行業(yè)的生產(chǎn)任務(wù)比較繁瑣，設(shè)置了若干個(gè)充電站，AGV小車在正常的運(yùn)行過(guò)程中，AGV會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池電壓及SOC等信息，當(dāng)電池電壓或SOC低于程序中預(yù)先所設(shè)定的值時(shí)，AGV小車將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“低電量報(bào)警”信號(hào)，它會(huì)向AGV管理系統(tǒng)發(fā)出充電請(qǐng)求指令，待AGV小車執(zhí)行完當(dāng)前任務(wù)后，AGV管理系統(tǒng)會(huì)調(diào)度AGV小車去就近的充電站進(jìn)行充電。AGV充電過(guò)程中的一些狀態(tài)信息和故障信息會(huì)實(shí)時(shí)發(fā)送至AGV管理主機(jī)和地面智能充電站，待電量充滿后自動(dòng)結(jié)束充電，AGV小車會(huì)繼續(xù)接受新的任務(wù)或到待命站臺(tái)等候下一個(gè)任務(wù)。假如發(fā)生故障，故障信息會(huì)顯示在用戶圖形操作界面上，以方便故障時(shí)維修。
四、總結(jié)
項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)AGV使用情況
圍繞造紙行業(yè)AGV項(xiàng)目，通過(guò)對(duì)AGVS的研究和技術(shù)創(chuàng)新，根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境，采用全局路徑規(guī)劃與局部路徑規(guī)劃相結(jié)合的方式，有效地減少AGV小車堵塞等待時(shí)間，也有效防止了AGV與人、物體等發(fā)生碰撞，使系統(tǒng)更穩(wěn)定、高效、安全地運(yùn)行。