AGV自動(dòng)導(dǎo)航智能化計(jì)量設(shè)備搬運(yùn)技術(shù)研究及應(yīng)用

李春暉　周松濤　張謝許　梁遠(yuǎn)星　吳志剛　韓衛(wèi)民

摘 要：自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車（Automated Guided Vehicle，AGV）是指裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)引導(dǎo)裝置，能夠按規(guī)定路線行駛，具備運(yùn)載、擺放貨物功能的運(yùn)輸車。為降低人工作業(yè)帶來的生命財(cái)產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度和出錯(cuò)率，實(shí)現(xiàn)24 h全過程無人作業(yè)，設(shè)計(jì)了一套智能化搬運(yùn)和自動(dòng)裝卸貨系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了計(jì)量物資配送的無人化管理，提高了作業(yè)效率。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車（AGV）;智能化;無人化;計(jì)量物資配送

中圖分類號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）32-0047-04

Research and Application of AGV Automatic Navigation and Intelligent Metering Equipment Handling Technology

LI Chunhui ZHOU Songtao ZHANG Xiexu LIANG Yuanxing WU Zhigang HAN Weimin

（Guangzhou Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co.， Ltd， Guangzhou Guangdong 510000）

Abstract： AGV refers to a transport vehicle equipped with electromagnetic or optical automatic guidance devices， which can drive along the specified route and carry and place goods. To reduce the safety risk of life and property in manual operation; decrease the labor intensity and error rate of workers; A set of intelligent handling and automatic loading and unloading system which can realize 24-hour unmanned operation in the whole process is designed. The system realizes the unmanned management of metering material distribution and improves the operation efficiency.

Keywords： Automated Guided Vehicle（AGV）;intellectualization;unmanned;metering material distribution

本文提出利用自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車（Automated Guided Vehicle，AGV）、托車器、升降平臺(tái)、自動(dòng)拆碼垛及接駁線等設(shè)備，配上一整套的軟件處理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度運(yùn)行，讓出入庫(kù)線體與配送車輛之間的物資轉(zhuǎn)移徹底實(shí)現(xiàn)物資配送智能無人化[1-3]。

廣東電網(wǎng)計(jì)量中心計(jì)量物資的配送過程中，中心庫(kù)的庫(kù)前區(qū)一直都沒有徹底實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。在自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)、自動(dòng)揀選以及自動(dòng)包裝技術(shù)得到越來越多的應(yīng)用后，如何更大程度加快月臺(tái)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率成為很多倉(cāng)庫(kù)管理人員關(guān)心的問題[4]。自動(dòng)裝卸系統(tǒng)自動(dòng)裝卸貨的實(shí)施，將滿足作業(yè)效率提高的需求，降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)縮短貨車在月臺(tái)的停留時(shí)間，為員工和產(chǎn)品創(chuàng)造了更安全的環(huán)境[5]。

國(guó)家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司的計(jì)量資產(chǎn)配送已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了庫(kù)內(nèi)智能化無人化操作，但是在出庫(kù)口一直使用人工搬運(yùn)，工人將計(jì)量資產(chǎn)一箱一箱從配送車廂搬運(yùn)到入庫(kù)流水線上進(jìn)行入庫(kù)或者從流水線搬運(yùn)到配送車廂進(jìn)行配送。這種方式工人勞動(dòng)強(qiáng)度高，配送效率低，無法滿足省級(jí)出入庫(kù)效率要求[6]。為解決這個(gè)問題，研發(fā)了一套自動(dòng)裝卸貨系統(tǒng)，整合使用自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車（Automated Guided Vehicle，AGV）、托車器、自動(dòng)拆碼垛機(jī)、接駁線等設(shè)備，一次可搬運(yùn)計(jì)量物資1～60箱，且無需人工參與，提升了配送效率，降低了人員成本和人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

1 軟件調(diào)度系統(tǒng)流程

入庫(kù)時(shí)，配送車輛到達(dá)月臺(tái)即發(fā)送信號(hào)到調(diào)度中心，調(diào)度中心給各個(gè)設(shè)備下達(dá)啟動(dòng)指令。托車器打開升起支撐車廂，升降平臺(tái)升起對(duì)接車輛車廂，AGV規(guī)劃路線并通過升降平臺(tái)進(jìn)入車廂叉取計(jì)量物資轉(zhuǎn)移到自動(dòng)拆碼垛機(jī)上，自動(dòng)拆碼垛機(jī)接收到信號(hào)，將物資拆垛轉(zhuǎn)移到入庫(kù)接駁線上，進(jìn)行入庫(kù)。

出庫(kù)時(shí)，庫(kù)房倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)（Warehouse Management System，WMS）下發(fā)信號(hào)給調(diào)度中心，調(diào)度中心再給各個(gè)設(shè)備下達(dá)啟動(dòng)指令。出庫(kù)物資通過接駁線到達(dá)自動(dòng)拆碼垛機(jī)，拆碼垛機(jī)將物資進(jìn)行碼垛，托車器打開升起支撐車廂，升降平臺(tái)升起對(duì)接車輛車廂。AGV規(guī)劃路線并通過升降平臺(tái)將堆垛好的計(jì)量物資轉(zhuǎn)移到配送車輛車廂內(nèi)，完成出庫(kù)。具體軟件調(diào)度系統(tǒng)流程如圖1所示。

2 AGV自動(dòng)導(dǎo)航車

AGV車是智能化搬運(yùn)流程中最重要的一環(huán)，是智能無人操控的核心[7]。本設(shè)備具有高度智能化特點(diǎn)，能夠自動(dòng)充電，接收信號(hào)后自動(dòng)規(guī)劃路線運(yùn)行，搬運(yùn)指定物資到指定的位置并智能避障[8]，待工作完成后自動(dòng)歸位，可完全替代人工完成搬運(yùn)工作。AGV可一次性轉(zhuǎn)移質(zhì)量為1 t的物資，且用時(shí)不超過10 min，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工配送效率。

基于自然輪廓SLAM導(dǎo)航技術(shù)[9]，采用激光掃描生成現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境地圖，結(jié)合末端反射板激光混合導(dǎo)航技術(shù)，獲得AGV和車廂之間的相對(duì)定位與導(dǎo)航坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)直行、轉(zhuǎn)彎、分線左右擺差±10 mm及末端定位±5 mm的高精度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)AGV精準(zhǔn)取放貨。比對(duì)導(dǎo)航激光掃描生成的輪廓測(cè)距數(shù)據(jù)與傳感器采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，反復(fù)糾偏調(diào)整AGV姿態(tài)，才能使其準(zhǔn)確進(jìn)入車廂，叉取指定計(jì)量物資。

AGV導(dǎo)航車的設(shè)計(jì)考慮到如下功能。

①AGV小車自動(dòng)充電功能。配有獨(dú)立的充電裝置和充電停車位，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充電，AGV在空閑時(shí)或設(shè)備欠電時(shí)會(huì)自動(dòng)歸位充電。

②AGV調(diào)度系統(tǒng)包含AGV小車工作狀態(tài)和工作地圖、行車軌跡等功能界面，可直觀監(jiān)控運(yùn)行過程，且具備障礙物檢測(cè)及其他安全防護(hù)功能。規(guī)劃AGV行駛路徑時(shí)，AGV協(xié)作合理，滿足效率需求。AGV路徑規(guī)劃和處理如圖2所示。

③AGV進(jìn)入車廂內(nèi)部后，具備車廂內(nèi)部人體影像自動(dòng)識(shí)別與退出車廂停機(jī)報(bào)警功能。AGV進(jìn)入車廂內(nèi)部，具備自動(dòng)判別車廂內(nèi)部空間長(zhǎng)度和自動(dòng)裝卸貨到達(dá)車廂底部最后一排的功能。AGV通過自帶的掃描裝置和視覺識(shí)別裝置，調(diào)節(jié)AGV車的俯仰角、偏移角及入廂深度等，到達(dá)取貨位置。圖3為AGV進(jìn)入車廂后的工作示意圖。

④AGV到達(dá)取貨位置后，掃描貨物狀態(tài)，根據(jù)貨物位置微調(diào)叉車方向和坐標(biāo)位置，引導(dǎo)叉齒順利進(jìn)入物資托盤插孔，并抬升轉(zhuǎn)移物資。AGV根據(jù)激光掃描反饋，確定自身相對(duì)于物資的位置（A、B、C位置），調(diào)節(jié)自身位置。當(dāng)叉齒正對(duì)物資插孔時(shí)，進(jìn)入物資托盤底部，如圖4所示。

AGV導(dǎo)航車采用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)品，適應(yīng)技術(shù)發(fā)展需求，能在更狹小的空間進(jìn)行作業(yè)，采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，操作步驟簡(jiǎn)單，易于維修。設(shè)計(jì)時(shí)既考慮了實(shí)用性，又兼顧了經(jīng)濟(jì)性，具有較高的性價(jià)比。

3 托車器與升降平臺(tái)

智能化搬運(yùn)的主要設(shè)備是AGV車，但AGV車本身，自重在2 t左右，進(jìn)入車廂取貨放貨時(shí)會(huì)壓低車廂，使得車廂與月臺(tái)的升降平臺(tái)對(duì)接時(shí)出現(xiàn)高度差，最終導(dǎo)致AGV不能順利行走。使用托車器托起車廂，讓其始終停留在同一高度，升降平臺(tái)升起對(duì)接后，車廂與升降平臺(tái)始終保持同一高度，此時(shí)AGV就可以順利上下車，具體過程見圖5。配送車到達(dá)月臺(tái)后，托車器升起托住車廂，同時(shí)將車廂高度信息反饋給調(diào)度平臺(tái)，調(diào)度平臺(tái)將信息傳給升降平臺(tái)。AGV車登上升降平臺(tái)后，平臺(tái)即可進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)，到達(dá)車廂高度，完成對(duì)接，使AGV在車廂與升降平臺(tái)之間順利行走。

托車器頂升額定載荷（承載力等于油缸截面乘于壓力值）計(jì)算公式如下：

F=πr×P=π×60×60×13

=146.952? N≈14.995? t>2T （1）

式中：F為載荷;r為油缸半徑;P為滿載壓力;T為車輛滿載時(shí)車廂及貨物質(zhì)量之和。

4 自動(dòng)拆碼垛機(jī)

AGV車搬運(yùn)的物資基本上是18箱/9箱一垛（這樣的高度與車廂內(nèi)部高度接近，不會(huì)浪費(fèi)運(yùn)輸空間，節(jié)約物流成本），但是庫(kù)房入庫(kù)基本上是5箱/3箱一垛，因此AGV搬運(yùn)的物資在入庫(kù)時(shí)必須拆垛，出庫(kù)時(shí)必須碼垛，才能真正意義上實(shí)現(xiàn)智能無人化搬運(yùn)配送[10]。本自動(dòng)拆碼垛機(jī)（如圖6所示）在出庫(kù)時(shí)自動(dòng)識(shí)別物資數(shù)量，將接駁線上的物資碼垛后放置在AGV工作位置上。入庫(kù)時(shí)，自動(dòng)拆碼垛機(jī)自動(dòng)識(shí)別物資數(shù)量，將AGV搬運(yùn)過來的貨物拆垛并轉(zhuǎn)移到入庫(kù)接駁線上，無須人工干預(yù)操作。

5 結(jié)語

本套智能化搬運(yùn)設(shè)備整合了多項(xiàng)技術(shù)，開發(fā)了一整套的調(diào)度系統(tǒng)，以智能導(dǎo)航AGV車為依托，整體調(diào)度托車器、升降平臺(tái)、自動(dòng)拆碼垛機(jī)及智能導(dǎo)航AGV車，在庫(kù)前區(qū)實(shí)現(xiàn)計(jì)量物資的智能化、無人化配送，完成物資配送的全無人化管理。

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