对基于多台AGV调度的物流分拣系统分析

冯子馨　张云凤　邵乾虔

摘 要：物流是电商行业的发展支柱，而物流分拣效率的好与坏，对其行业发展的情况产生着直接影响，各个企业需要对其提高重视程度。文章根据以往工作经验，对多台AGV调度的物流分拣系统总体设计以及路径规划方法进行总结，并从上位机系统软件的实现、下位机系统软件的实现、系统硬件实现、系统整体运行分析四方面，论述了整个系统的实现与分析。

关键词：AGV调度；物流分拣系统；系统硬件

中图分类号：TH691 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）03-0035-02

Abstract： Logistics is the pillar of the development of e-commerce industry， and the efficiency of logistics sorting has a direct impact on the development of the industry， so each enterprise needs to pay more attention to it. Based on the previous work experience， this paper summarizes the overall design and path planning method of logistics sorting system for multiple AGV scheduling. The realization and analysis of the whole system are discussed from four aspects： the realization of the upper computer system software， the realization of the lower computer system software， the realization of the system hardware， and the analysis of the whole system operation.

Keywords： AGV scheduling； logistics sorting system； system hardware

前言

AGV机器人具备很强的特殊性，自身安装有电磁导引装置以及导引轨道实现正常行驶，而且还有货物运载以及自主处理能力。在实际工业发展发过程中，一般会将多个AGV机器人组合在一起使用，代替人类完成更多负载的操作。从多AGV物流分拣系统应用角度来说，整个工作时间并不会受到任何限制，分拣的差错率较低，进一步提升了物流分拣效率。

1 多AGV物流分拣系统总体设计

1.1 快速分拣机器人设计

AGV设计工作的开展需要以实际用途情况为主，由于用途不同，整个AGV的机械结构、控制方法等与其他模块并不相同。根据具体的物流行业要求，分拣机器人需要满足以下指标数据：首先，分拣速度需达到2m/s；其次，在运动控制上，应实现前进、后退和左右转弯，其中还包括直角转弯等形态；再次，有导航和定位功能，这样，整个系统便能自动向前行走，实现路径中位置的有效确定。另外，在整个系统应用上，还需要设计应急功能，当检测到障碍物时，应停止相关工作，避免安全事故的出现。最后是管理调度功能，執行上位机系统中的指令，如停止、转向等。整个视频系统的安装主要涉及摄像头、图像处理器及照明系统等，通过这些装置，分拣机器人能够实现自主导航和定位。无线通讯系统主要负责分拣机器人和上位机系统间的信息交换，为后续工作的开展提供条件。

1.2 AGV控制模块和数据管理模块

AGV控制模块具备调度指令转化和状态管理功能，这些功能可以让分拣机器人对指令信息内容进行识别。此外，AGV控制模块是分拣机器人的模型，管理分拣机器人的实时状态，并给其他模块的工作提供有效支持。人们可以通过数据模块管理，实现分拣监控信息入库功能。从整体看，该数据库主要有两方面信息，一个是包裹对应的物流信息，另一个是分拣监控信息。在识别条形码信息之后，系统将其传递给上位机系统，通过数据库查询找到相对应的物流信息，最终获得包裹数据。除此之外，数据库模块还要将监控信息存储到数据库中。

1.3 供件系统设计

供件系统主要由传送带和机械臂等组成，货车可将包裹直接运送到分拣中心，再由工人拆开包装，将其转移到传送带上。每个分拣入口的机械臂都处于工作状态，将快递运到托盘上。由于技术所限，本文没有对供件系统进行深入研究，只是利用人工代替供件系统将包裹放到分拣机器人上[1]。

2 多AGV路径规划方法研究

2.1 基于静态确定网络的局限性

在整个AGV物流分拣系统中，分拣机器人可将包裹从分拣入口搬运到出口，人们需对分拣场景进行仿真实验模拟，如图1所示。该系统有两个分拣入口和四个分拣出口，由于场地受限，分拣入口在设计时需符合以下规则：入口1应以单向行驶为主，行驶方向为节点10到节点5；入口2同样以单向行驶为主，方向为节点10到节点15。从该实验中可以看出，研究人员可设计耗费的固定值。在整个实验过程中，分拣机器人的实际耗费及路径规划信息均有记录，数据内容如表1所示。

2.2 动态随机网络的路径规划方法

从上述分析中可得，静态确定网络路径规划有很大的局限性。因此，在具体路径规划上，应将AGV物流分拣系统的科学性展示出来。首先，在路径规划和模拟上，可将其看作是一个无向非循环网络，用G表示，即G={V，E，W（t）}，其中，V代表节点集合，可与AGV物流分拣系统中的路径网络中路段交点相对应；E代表弧集合，表示形式为：E={（i，j）i，j∈V}，主要与路径网络中的路段相对应。动态随机网络路径规划能够将实际耗费的路段选择情况展示出来，所以整个路段的使用情况不会过高，更不会出现分拣机等待某条路段等问题[2]。

2.3 交通管制

交通管制的基本算法如下：在路径网络之中布置不同形式的编码标志，让分拣机器人在行驶时读取编码标志，并将信息上传到上位机系统，即通过分拣机器人获取的信息使上位机系统得到其具体位置。因而，上位机系统便可由分拣机器人的位置情况为其分配合理的路径。在冲突问题解决上，主要以编码标志的应用为主。分拣机器人上安装的摄像头以倾斜安装为主，可提前检测编码标志，将信息发送到上位机系统中来指引在前方编码标志处是停止还是前进，并精确到编码标志的正上方。

3 整个系统的实现与分析

3.1 上位机系统软件的实现

上位机系统软件主要以Java语言为主，从微服务框架搭建角度来说，研究人员可应用Spring Boot实现繁琐工作，解决业务逻辑层和其他各层的耦合问题。上位机系统软件需要与300台分拣机器人实现同时通讯，对实时性要求极高，此时，人们可利用Nettv框架将各种问题解决。Swing也能在界面开发之中发挥作用，利用很少的代码便能实现模块化的重新组建，并将信息显示界面的优势呈现出来。

3.2 下位机系统软件的实现

整个下位机系统软件有两部分组成，即Jetson TK1系统和Arduino系统软件。整个视频系统采集图像经过Jetson TK1处理之后，让分拣机器人获取更多的编码信息，之后通过串口将信息传递到Arduino之中，再通过PID以及偏差信息控制对路线进行确认。该系统内容还包括上位机系统通讯及解析指令等功能。在图像处理上，OpenCV发挥了重要作用，该结构主要是以BSD为主，所构建出的计算机视觉库，为视觉处理工作提供了很多通用算法。

3.3 系统硬件实现

该实验的实验场地规格为2.4m*4.8m，编码标志之间的间隔为60cm。在该实验场地之中，设计两个分拣入口和四个分拣出口，分拣入口1的行驶形式为单向行驶，方向为节点10到节点5，分拣入口2同样为单向行驶，方向为节点10到节点15。此过程中，还涉及到一些硬件设备，如笔记本电脑、无线路由器等。筆记本电脑提供运行场所，无线路由器构建无线局域网络，为后续工作提供便利条件[3]。

3.4 系统整体运行分析

通过搭建无线局域网，笔记本和分拣机器人均可迅速进入无线局域网中，根据固定IP修改通讯模块中的服务器IP。在此过程中，上位机软件系统需要在笔记本电脑上成功运行，随后进行分拣机器人的开机工作。通过初始化运行，上位机系统接收到相应的信号，分拣机器人做好前往分拣入口的准备，并对其路径进行优化。其次，分拣机器人接受到路径信息启动后，对路中的编码标志进行实时检测，并根据视觉导航和定位获取信息，将信息传回上位机系统。此时，上位机系统由交通管制算法，实现对分拣机器人的有效调度。

4 结束语

综上所述，通过对多AGV系统的研究发现，现有的视觉导航及多AGV路径规划中存在很多问题，无法与多AGV物流分拣系统相适应。因此，文中提出了基于编码标志的定位方法，该方法可弥补现有的视觉导航定位系统的缺陷，为分拣工作提供了有利条件。

参考文献：

[1]韩潇，张炜昊，侯甲童.一种基于AGV小车的智能物流分拣系统[J].山东工业技术，2018（16）：115.

[2]张广会，敖黎明，刘玉绒.面向物流分拣行业的设备远程管理及巡检系统[J].物流科技，2018，41（07）：52-54.

[3]曹中浩，刘俊辰，李希文.基于混联机构的新型物流分拣机器人机构研究[J].机械制造与自动化，2018，47（01）：170-172.