AGVS在涂料行業(yè)的應(yīng)用

文/劉之舟 李建旭 李 偉 謝昊天 周 宇

一、引言

1.AGVS概述

AGVS是“自動(dòng)導(dǎo)引搬運(yùn)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是指裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護(hù)以及多種移載功能的搬運(yùn)車。與物料輸送中常用的其他設(shè)備相比，AGV的活動(dòng)區(qū)域無(wú)需鋪設(shè)軌道、支座架等固定裝置。因此，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)人化生產(chǎn)。

2.AGVS的總體結(jié)構(gòu)和地面控制部分結(jié)構(gòu)

AGV小車通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接監(jiān)控機(jī)、管理機(jī)，AGVS總體結(jié)構(gòu)圖，如圖1。

AGVS地面控制部分主要由物流系統(tǒng)管理機(jī)、AGV系統(tǒng)管理監(jiān)控主機(jī)組成，其中AGV管理和監(jiān)控計(jì)算機(jī)是AGV系統(tǒng)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AGV系統(tǒng)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)。AGVS地面控制部分，如圖2。

二、涂料行業(yè)的AGVS具體實(shí)現(xiàn)

根據(jù)涂料行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境，需要對(duì)AGVS系統(tǒng)進(jìn)行針對(duì)性規(guī)劃設(shè)計(jì)

移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人物料自動(dòng)搬運(yùn)范圍包括自動(dòng)碼垛工序、人工碼垛工序、產(chǎn)品入庫(kù)工序和空托盤出庫(kù)工序等，實(shí)現(xiàn)物料全過(guò)程的自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)，并與倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)WMS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成對(duì)接。工位需要物料時(shí)，由物流系統(tǒng)下達(dá)搬運(yùn)請(qǐng)求，AGV 系統(tǒng)接到指令后，下達(dá)任務(wù)給就近的AGV，AGV接到任務(wù)行駛到達(dá)站臺(tái)準(zhǔn)確位置后，抬升貨叉將托盤貨物取下，自動(dòng)搬運(yùn)至請(qǐng)求要料的站臺(tái)輸送機(jī)或地面的堆位上。

為了AGV與輸送機(jī)安全對(duì)接，AGV 進(jìn)入取貨工位前，向上位物流系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求進(jìn)入信號(hào)，收到“允許進(jìn)入”信號(hào)，同時(shí)需此處安全光柵放行后AGV駛?cè)?，即AGV需與上級(jí)系統(tǒng)及硬件聯(lián)鎖保護(hù)。

涂料自動(dòng)灌裝設(shè)備、涂料自動(dòng)包裝設(shè)備、自動(dòng)碼垛設(shè)備、倉(cāng)儲(chǔ)立體庫(kù)、輸送機(jī)及軌道穿梭車、移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人（AGV）系統(tǒng)等，通過(guò)互聯(lián)互通的工業(yè)有線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并通過(guò)倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)WMS、倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)WCS、生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)MES、AGV調(diào)度系統(tǒng)AMS實(shí)現(xiàn)涂料灌裝到倉(cāng)儲(chǔ)、出庫(kù)過(guò)程的全生命周期管控和質(zhì)量追溯。

在涂料行業(yè)的AGV項(xiàng)目中，機(jī)科股份作為核心物流裝備（移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人AGV系統(tǒng)）的集成商，提供了移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人（AGV）、自動(dòng)充電站、AGV管理控制工作站、控制系統(tǒng)軟件、AGV管理監(jiān)控系統(tǒng)、部分有線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的硬件搭建和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通以及與倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)WMS、倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)WCS和生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)MES等的無(wú)縫集成，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)碼垛、人工碼垛、自動(dòng)灌裝、產(chǎn)品入庫(kù)等生產(chǎn)過(guò)程涉及的物料（空托盤垛、成品涂料垛等）自動(dòng)搬運(yùn)，實(shí)現(xiàn)物料搬運(yùn)和成品倉(cāng)儲(chǔ)的無(wú)人化、電子化。

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.系統(tǒng)優(yōu)化

（1）柔性曲線及其優(yōu)化工具以及Drawing Line Tool工具的使用

由于項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)物理空間特別狹小，支路通道狹窄，采用常規(guī)模式畫線段不能滿足要求。采用柔性曲線，能夠保證在畫一條線段時(shí)自動(dòng)分析線段起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)差距，并且結(jié)合小車轉(zhuǎn)向的最大角速度和最大速度把線段分成若干小段，然后通過(guò)優(yōu)化工具進(jìn)行優(yōu)化，使AGV小車占用空間最小。圖3(a)為柔性曲線模式和(b)為常規(guī)模式產(chǎn)生的包絡(luò)線，它們的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)均相同，如紅框所示，柔性曲線模式占用的空間明顯較小。

由于支路通道狹窄，并且某些站臺(tái)存在的物理干涉較多，單純地采用柔性曲線難以滿足現(xiàn)有的條件，結(jié)合Drawing Line Tool工具，使線段的包絡(luò)線占用的空間更小，Drawing Line Tool工具相當(dāng)于在無(wú)法移動(dòng)的固定“障礙物”周圍加了一層保護(hù)，結(jié)合優(yōu)化工具進(jìn)行優(yōu)化，使占用空間更小，保證AGV小車可以順利通過(guò)。圖4（a）為未使用Drawing Line Tool工具和(b)為使用Drawing Line Tool工具產(chǎn)生的包絡(luò)線，它們的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)均相同，而使用Drawing Line Tool工具占用的空間明顯較小。

圖1 AGVS總體結(jié)構(gòu)圖

圖2 AGVS地面控制部分

圖3 （a）柔性曲線產(chǎn)生的包絡(luò)線 （b）常規(guī)模式產(chǎn)生的包絡(luò)線

圖4 (a)未使用Drawing Line的包絡(luò)線 (b)使用Drawing Line的包絡(luò)線

（2）復(fù)合動(dòng)作和復(fù)合任務(wù)的實(shí)現(xiàn)

貨叉的升降和小車的行走可以單獨(dú)控制，考慮到系統(tǒng)的效率和觀賞性等因素，本項(xiàng)目中AGV小車在行走的過(guò)程當(dāng)中調(diào)整貨叉高度（邊走邊升貨叉，邊走邊降貨叉），經(jīng)過(guò)實(shí)際的使用，效果比較明顯。

圖5 AGV小車執(zhí)行任務(wù)流程

圖6 項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)AGV的使用情況

在任務(wù)分配和調(diào)度方面，根據(jù)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)的效率。

2.信息交互

AGV小車與其它物流設(shè)備有信息交互，為保證安全生產(chǎn)，AGV小車在取貨、卸貨、取貨完成、卸貨完成時(shí)均會(huì)向上級(jí)系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求以及完成確認(rèn)信息，待上級(jí)系統(tǒng)給出指令后，AGV小車方可執(zhí)行任務(wù)，具體流程如圖5。

3.取消任務(wù)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)，可以在AGV調(diào)度系統(tǒng)上將該任務(wù)取消。

4.復(fù)雜的交通管制

AGV運(yùn)行空間狹小，取卸貨站臺(tái)較多，涂料行業(yè)AGV數(shù)量一般比較多，容易造成AGV堵塞，為減少多車在該區(qū)域的等待時(shí)間和堵塞時(shí)間，涂料行業(yè)在路徑規(guī)劃方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。

5.充電管理功能

由于涂料行業(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，時(shí)刻監(jiān)測(cè)電池電壓，當(dāng)電池電壓低于程序中預(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)，待AGV小車執(zhí)行完當(dāng)前正在執(zhí)行的任務(wù)后，自動(dòng)運(yùn)行到充電站進(jìn)行充電，待充電完成后，AGV小車可以繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。

四、總結(jié)

涂料行業(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，采用合理的路線設(shè)計(jì)，更好優(yōu)化了系統(tǒng)的效率，有效減少AGV小車的空跑時(shí)間和等待時(shí)間，提高了工作效率，使系統(tǒng)更穩(wěn)定、高效的運(yùn)行。項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)AGV使用情況，如圖6。