AGVS 在紡織行業(yè)的物流搬運(yùn)應(yīng)用

敖 勇， 李 偉， 耿牛牛， 王小鐸， 隰 瀟， 劉忻雨

（機(jī)科發(fā)展科技股份有限公司， 北京 100044）

0 引言

AGVS 是自動(dòng)導(dǎo)引車系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱， 通過自動(dòng)導(dǎo)引系統(tǒng)定位自身在系統(tǒng)中的精確坐標(biāo)， 通過對(duì)伺服電機(jī)的精確控制沿著預(yù)設(shè)的線路進(jìn)行行駛， 完成無人化的物料搬運(yùn)、牽引等作業(yè)，與傳統(tǒng)的物流輸送相比，AGVS 系統(tǒng)具有線路柔性、部署簡(jiǎn)單、靈活高效等特點(diǎn)。

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

AGV 小車通過覆蓋全廠的Wifi 或5G 通訊實(shí)現(xiàn)與AGV 管理系統(tǒng)及圖形監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通訊，如圖1 所示是AGVS 總體結(jié)構(gòu)圖，主要車載伺服控制器及電機(jī)、車載控制器和激光導(dǎo)航掃描器等構(gòu)成。

圖1 AGVS 總體結(jié)構(gòu)圖

如圖2 所示，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，AGV 調(diào)度管理系統(tǒng)部署在AGV 系統(tǒng)管理主機(jī)中，主要有交通管理、任務(wù)管理、車輛管理、通訊管理、用戶管理及數(shù)據(jù)報(bào)表管理等功能，是整個(gè)AGVS 系統(tǒng)的核心。

圖2 AGVS 地面控制部分

2 某紡織行業(yè)物流項(xiàng)目中AGVS 物料搬運(yùn)的實(shí)現(xiàn)

AGV 物流系統(tǒng)是在NDC 技術(shù)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，根據(jù)放卷車間生產(chǎn)工藝流程，AGV 根據(jù)物流信息系統(tǒng)下發(fā)的作業(yè)指令，實(shí)現(xiàn)布卷物料及空軸的自動(dòng)搬運(yùn)，同時(shí)將作業(yè)信息進(jìn)行自動(dòng)上傳給物流信息系統(tǒng)。 目前設(shè)計(jì)試驗(yàn)1 臺(tái)AGV 系統(tǒng)完成1 臺(tái)機(jī)組的取軸和上布工作，如試驗(yàn)成功，后續(xù)將再增設(shè)9 臺(tái)AGV 小車，最終實(shí)現(xiàn)10 臺(tái)AGV 小車對(duì)于10 臺(tái)放卷機(jī)的區(qū)域，24 小時(shí)連續(xù)作業(yè)，每小時(shí)80 個(gè)布卷及80 個(gè)空軸的持續(xù)作業(yè)效率。

2.1 AGV 物流系統(tǒng)工藝流程

2.1.1 對(duì)接站臺(tái)

AGV 車體為懸臂叉取式結(jié)構(gòu)，AGV 對(duì)接的卷取機(jī)及輸送機(jī)站臺(tái)盡可能保持一致。

AGV 在卷取機(jī)取布卷及卸空軸時(shí)， 人工需要先把軸的固定螺栓等打開到位后，才能觸發(fā)AGV 搬運(yùn)任務(wù)。

輸送機(jī)站臺(tái)需要與AGV 設(shè)備進(jìn)行安全關(guān)聯(lián)互鎖，確保在取卷和放卷的過程中，輸送機(jī)不會(huì)運(yùn)行或者轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.1.2 取布卷作業(yè)

人工使用手持終端觸發(fā)取布卷作業(yè)， 物流系統(tǒng)自動(dòng)下達(dá)取布卷搬運(yùn)任務(wù)請(qǐng)求給AGV 管理系統(tǒng)，AGV 管理系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)度指定AGV 小車運(yùn)行至卷取機(jī)對(duì)接位置，從卷取機(jī)上取上布卷，AGV 自動(dòng)運(yùn)行至庫區(qū)輸送機(jī)站臺(tái)，AGV小車與輸送機(jī)進(jìn)行信息交互并建立安全連鎖確認(rèn)后，將布卷放到輸送機(jī)站臺(tái)的支架上。

2.1.3 上空軸作業(yè)

AGV 小車在取布卷作業(yè)中，布卷取貨完成后，自動(dòng)下發(fā)上空軸作業(yè)。

物流系統(tǒng)下達(dá)上空軸任務(wù)請(qǐng)求給AGV 管理系統(tǒng)，AGV 管理系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)度指定AGV 小車運(yùn)行至上游庫區(qū)輸送機(jī)站臺(tái)，AGV 小車與輸送機(jī)進(jìn)行信息交互并完成安全連鎖確認(rèn)后，AGV 小車取上空軸后，自動(dòng)搬運(yùn)至對(duì)應(yīng)的卷取機(jī)站臺(tái)。 AGV 到達(dá)機(jī)臺(tái)后，人工將空軸取下，放置在旁邊備用。

2.2 AGV 管理調(diào)度系統(tǒng)

如圖3 所示是AGV 小車項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況圖，根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備實(shí)際布局以及生產(chǎn)工藝流程，對(duì)AGV 小車進(jìn)行合理的路徑規(guī)劃，制定完善的交通管制規(guī)則，以滿足項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖3 AGV 小車項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況圖

AGV 調(diào)度管理系統(tǒng)是基于先進(jìn)的NDC 平臺(tái)進(jìn)行定制開發(fā)的，其中NT8000 是NDC 平臺(tái)下的成熟調(diào)度模塊，Cway 為配置化的圖形監(jiān)控軟件，相比AGV 行業(yè)其他平臺(tái)的調(diào)度系統(tǒng)，本調(diào)度系統(tǒng)在系統(tǒng)的集成度及穩(wěn)定性上有比較大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)， 通過AGV 調(diào)度管理系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)任務(wù)進(jìn)行下發(fā)、分配，根據(jù)AGV 小車在系統(tǒng)中的實(shí)際坐標(biāo)合理調(diào)度最優(yōu)車輛進(jìn)行任務(wù)的下發(fā)，已達(dá)到系統(tǒng)效率的最大化。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)問題和項(xiàng)目應(yīng)用中的技術(shù)創(chuàng)新

3.1 系統(tǒng)優(yōu)化

受項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)通道狹窄的影響，AGV 的運(yùn)行空間緊張，采用常規(guī)的路線設(shè)計(jì)滿足不了使用要求， 需對(duì)線路進(jìn)行柔性化設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)線路時(shí)需通過仿真AGV 小車的角速度及速度把運(yùn)行曲線切割分成若干線段， 通過Drawing Line Tool 工具進(jìn)行在線優(yōu)化， 使AGV 小車的運(yùn)行通道要求最小化。如圖4 所示是通過Drawing Line Tool 工具優(yōu)化后的柔性曲線模式和正常無特殊設(shè)計(jì)的常規(guī)曲線模式的運(yùn)行包絡(luò)線，它們的運(yùn)行起點(diǎn)和運(yùn)行終點(diǎn)完全一樣，但最終呈現(xiàn)在AGV 小車路線包絡(luò)線中可以明顯的看到， 通過Drawing Line Tool 工具優(yōu)化后的柔性曲線比無特殊設(shè)計(jì)的常規(guī)曲線在空間的占用上由明顯的優(yōu)化， 正如圖4 粗線框所顯示的。

圖4 柔性曲線產(chǎn)生的包絡(luò)線和常規(guī)模式產(chǎn)生的包絡(luò)線圖

由于運(yùn)行場(chǎng)景的復(fù)雜性，在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)較多的立柱及站臺(tái)干涉， 單純的采用柔性曲線并不能滿足整個(gè)項(xiàng)目的線路優(yōu)化，需結(jié)合Drawing Line Tool 工具的障礙物繞障設(shè)計(jì)工具對(duì)有障礙物的通道再次進(jìn)行深度優(yōu)化， 通過Drawing Line Tool 工具對(duì)運(yùn)行線路中固定的“障礙物”進(jìn)行標(biāo)記，并通過Drawing Line Tool 工具的優(yōu)化算法在線生成優(yōu)化路徑， 使AGV 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)空間的適應(yīng)性最大化。 如圖5 所示是優(yōu)化前及優(yōu)化后的包絡(luò)線對(duì)比效果， 可以看出優(yōu)化后AGV 小車的運(yùn)行包絡(luò)線明顯優(yōu)于優(yōu)化前。

圖5 優(yōu)化前及優(yōu)化后的包絡(luò)線對(duì)比圖

3.2 信息交互

AGVS 在作業(yè)過程中每個(gè)階段都需要與其他設(shè)備進(jìn)行信息交互，在任務(wù)的各個(gè)狀態(tài)下由AGVS的調(diào)度系統(tǒng)向上級(jí)管理系統(tǒng)發(fā)送請(qǐng)求，當(dāng)收到信號(hào)確認(rèn)完成交互連鎖后，AGV小車進(jìn)入任務(wù)的下一個(gè)階段，直到任務(wù)完成，具體流程如圖6 所示。

圖6 AGV 小車執(zhí)行任務(wù)流程

3.3 取消任務(wù)機(jī)制

AGVS 系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含任務(wù)取消機(jī)制以提高系統(tǒng)的冗余， 當(dāng)AGVS 判斷上級(jí)管理系統(tǒng)下發(fā)錯(cuò)誤指令時(shí)，AGVS可自動(dòng)取消該錯(cuò)誤任務(wù)并將取消后的結(jié)果上報(bào)給上級(jí)管理系統(tǒng)，當(dāng)人為下發(fā)指令錯(cuò)誤時(shí)，可在AGV 調(diào)度系統(tǒng)的任務(wù)界面人工取消該任務(wù)。

3.4 充電管理功能

AGV 小車通過電池提供能量， 電池運(yùn)行一段時(shí)間后需進(jìn)行自動(dòng)充電， 在AGV 運(yùn)行的過程中，AGV 控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控電池電量，當(dāng)檢測(cè)到電池電量不足時(shí)，AGV 小車會(huì)執(zhí)行完當(dāng)前任務(wù)后，AGV 調(diào)度系統(tǒng)調(diào)度AGV 小車駛向空閑充電站進(jìn)行充電，電量充足后AGV 自動(dòng)結(jié)束充電并繼續(xù)執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)下發(fā)的作業(yè)任務(wù)，全程無人化。

4 結(jié)論

本項(xiàng)目通過對(duì)AGVS 的研究和技術(shù)創(chuàng)新，根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際需求，合理規(guī)劃了自動(dòng)化搬運(yùn)流程，在不改變客戶的設(shè)備布局同時(shí)， 柔性兼容了現(xiàn)有所有尺寸產(chǎn)品的物料搬運(yùn)，通過柔性的路線設(shè)計(jì)以及合理的交通管理，在實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線自動(dòng)化、 信息化的同時(shí)有效的提高了生產(chǎn)的效率，并為后續(xù)整廠以及整個(gè)行業(yè)的運(yùn)用推廣提供了很好的借鑒。