AGVS是自動化物流系統(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)自動化程度提高，AGVS的應用發(fā)展前景廣闊。本文針對造紙行業(yè)對AGVS功能的需求，對系統(tǒng)規(guī)劃設計進行了總結(jié)，并依據(jù)實際的項目需求，對路徑規(guī)劃部分進行了優(yōu)化，實現(xiàn)了在已經(jīng)規(guī)劃好全局路線的情況下進行動態(tài)避障的功能，更好地優(yōu)化了系統(tǒng)效率與安全性。
AGVS是“自動導引車系統(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是集機械裝置、電控設備、安全防撞設備、數(shù)據(jù)信息采集傳感器、現(xiàn)場總線等技術(shù)于一體的集成化智能物流搬運設備，在車身上可以擴展添加其他功能，如機械手、滾筒、電子秤平臺等。在上位機調(diào)度規(guī)劃下，令AGV按其規(guī)劃好的路徑進行路徑跟蹤，精準達到目的站臺并執(zhí)行取卸貨的要求，實現(xiàn)取卸貨搬運等作業(yè)功能。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)動器、舵輪、編碼器、導航傳感器、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主機和AGV系統(tǒng)管理監(jiān)控主機組成（如圖2），其中AGV管理機和監(jiān)控機是AGVS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AGVS中的多臺AGV小車的交通；處理現(xiàn)場的一些輸入、輸出信號等。
圖2 AGVS軟件控制部分結(jié)構(gòu)圖
二、AGVS在造紙行業(yè)的應用
通過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，加工車間同時包含卷紙和抽紙加工設備。該系統(tǒng)由一定的程序進行控制，達到AGV統(tǒng)一調(diào)度、在線計量、數(shù)據(jù)存儲及查詢等功能的綜合實現(xiàn)。
1.紙卷的輸送
物料輸送系統(tǒng)主要負責進行原紙及芯軸的輸送任務，系統(tǒng)根據(jù)原紙卷類型及后續(xù)加工機臺要紙申請，自動匹配并調(diào)度控制桁架機械手、AGV完成原紙卷的輸送。具體流程為：
原紙卷卷曲時，卷紙機通過傳感器判斷紙卷是否達到下線的條件，達到下線條件后發(fā)起用車指令，系統(tǒng)調(diào)度AGV前往指定位置接貨，AGV到達指定位置后，卷紙機自動終止卷曲動作，由桁架機械手將原紙卷吊裝在AGV上，同時發(fā)送原紙卷相關(guān)信息至上級管理系統(tǒng)，完成錄入和吊裝后AGV記錄當前紙卷重量，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，加工車間設備自動發(fā)起要紙指令。原紙卷下線吊裝完成后，如果有加工機臺申請了該類型的原紙卷，則系統(tǒng)調(diào)度控制AGV將該紙卷送至申請機臺對應的位置，由對應的桁架機械手將原紙卷取下后進行加工，AGV完成原紙卷的輸送任務。原紙卷下線吊裝完成后，如果均沒有加工機臺申請該類型的原紙卷，則系統(tǒng)根據(jù)機臺設備信息，自動將該原紙卷送至默認位置等待，并向系統(tǒng)操作人員發(fā)出警報信息，由操作人員指派該原紙去向。如果加工機臺申請紙卷時，AGV上沒有合適的原紙卷，則系統(tǒng)先記錄申請信息，等有合適的原紙卷下線時，再根據(jù)申請的先后順序或其他分配原則進行分配，將原紙卷送至指定位置。
2.芯軸的輸送
原紙生產(chǎn)機臺根據(jù)生產(chǎn)需要，通過上級管理系統(tǒng)發(fā)出芯軸需求，AGV小車自動行駛至加工車間機臺，桁架機械手自動將芯軸放在AGV小車上，AGV小車自動送至需求工位。
三、系統(tǒng)設計的重點問題和項目應用中的技術(shù)創(chuàng)新
1.任務分配優(yōu)化
在任務分配和調(diào)度方面，根據(jù)各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，自動將任務分配給某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)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向上級管理系統(tǒng)發(fā)出交互信號，待上級管理系統(tǒng)確認后，AGV小車會進入取卸貨機臺，并根據(jù)不同機臺，向當前對接的生產(chǎn)設備發(fā)送當前狀態(tài)信息，待對接設備根據(jù)收到的信息，協(xié)助完成取卸貨動作。待取卸貨動作完畢后AGV管理系統(tǒng)還會自動將生產(chǎn)相關(guān)的物料信息反饋至上級管理系統(tǒng)，待上級系統(tǒng)給出下一步指令后，AGV小車方可繼續(xù)運行（如圖3）。
圖3 AGV小車執(zhí)行取貨任務流程
3.取消任務的機制
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從而無法繼續(xù)執(zhí)行該任務時，可由現(xiàn)場操作人員在AGV觸摸屏上選擇任務取消，或由控制室人員在調(diào)度系統(tǒng)上將該任務取消，系統(tǒng)接收到取消指令后，將操作人員及該任務的狀態(tài)信息記錄，并調(diào)度AGV前往指定位置進行卸貨操作，待卸貨完成后，將任務自動取消。如果AGV小車還沒有取到貨物，任務直接取消無需卸貨。取消成功后AGV自動接收后續(xù)任務指令。
4.路徑規(guī)劃（以客戶實際的需求定制）
案例一
案例二
圖4 AGV小車通行路線案例
目前項目中的AGV全局路徑規(guī)劃是依據(jù)小車到取卸貨站臺的行駛時間最短的條件來為小車規(guī)劃路徑（如圖4），以AGV當前位置節(jié)點為中心向外層擴展，直到擴展到所需到達的取卸貨站臺節(jié)點為止，計算從AGV當前位置節(jié)點到任務站臺節(jié)點的最短權(quán)重路線，通過不斷選擇距離起點最近的節(jié)點，來逐漸擴大最短權(quán)重路徑，直到覆蓋任務站臺節(jié)點，這里權(quán)重所代表的是行駛時間，行駛時間依據(jù)地圖規(guī)劃好的節(jié)點間距離除以地圖中規(guī)劃好的節(jié)點間行駛的最大速度可求得。但造紙行業(yè)AGV運行空間狹小，取卸貨站臺較多，容易造成多車擁堵，為解決多AGV在狹窄通道相互運行不受干擾，我們在全局路徑規(guī)劃基礎(chǔ)上進行了優(yōu)化。
5.充電管理功能
由于造紙行業(yè)的生產(chǎn)任務比較繁瑣，設置了若干個充電站，AGV小車在正常的運行過程中，AGV會實時監(jiān)測電池電壓及SOC等信息，當電池電壓或SOC低于程序中預先所設定的值時，AGV小車將會產(chǎn)生一個“低電量報警”信號，它會向AGV管理系統(tǒng)發(fā)出充電請求指令，待AGV小車執(zhí)行完當前任務后，AGV管理系統(tǒng)會調(diào)度AGV小車去就近的充電站進行充電。AGV充電過程中的一些狀態(tài)信息和故障信息會實時發(fā)送至AGV管理主機和地面智能充電站，待電量充滿后自動結(jié)束充電，AGV小車會繼續(xù)接受新的任務或到待命站臺等候下一個任務。假如發(fā)生故障，故障信息會顯示在用戶圖形操作界面上，以方便故障時維修。
四、總結(jié)
項目現(xiàn)場AGV使用情況
圍繞造紙行業(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、安全地運行。