一种快速绘制AGV自动分拣系统地图方法的研究

章信华， 嵇建波

(桂林航天工业学院 电子信息与自动化学院， 广西 桂林 541004)

随着我国经济的发展,我国物流产业的发展成就瞩目,物流经济在国民经济中的“先导性作用”更加重要[1]。AGV 由于具有灵活高效、安全可靠、及维修方便等诸多优点，在物流自动化中受到了越来越多厂商的重视[2]。仓储物流中最重要的系统就是AGV自动分拣系统，而建立AGV自动分拣系统的第一步就是要绘制整个仓库的地图，只有把仓库的地图绘制好了，才能正常调度AGV执行分拣任务。

由于实际的地图中包含大量的信息，即使绘制一张简单的调度系统地图也是非常困难的。通过搜索文献，未找到任何关于绘制调度系统地图的文献，看得出来，这是一个新兴的专业领域，还处于保密阶段。一些公司绘制调度系统地图的方法，是直接在调度系统服务器中编码绘制地图，该方法需要先在纸上将地图绘制好，再将地图上的点和线一一绘制出来，工作量非常大，即使是一张简单的地图，也要耗费1周甚至更长时间；另一方面，这种绘图方法导致调度系统和地图完全绑定，每次修改地图，都需要在调度系统中重新编码生成新的地图；所以这是一种耗时长且十分笨拙的绘图方法，有必要提出一种新的绘图方法来解决这个问题。

1 规划地图

在实际的AGV仓储物流系统中，通常有货架、待命区、充电区和上货区，另外还有很多路径上的引导定位点，这些引导定位点相当于实际交通中的十字路口，用于引导AVG左转、右转或者直行，以便执行相应的任务。为了让AGV能够识别货架、待命区、充电区、上货区和引导定位点，要在这些定位点上放置无线射频识别卡(RFID射频卡)，当AGV经过这些定位点上的RFID射频卡时，AGV上的RFID阅读器将会读取射频卡的信息，从而让AGV知道当前走到哪个位置了，以便执行相应的动作，例如转弯、卸货、待命、充电和上货。

基于地图的以上特点，故本文在建立地图的时候，将地图规划为只由点和线段组成，点包括5种关键点，分别是：“货架”、“待命区”、“充电区”、“上货区”和“引导定位点”；线段是指任意2个关键点之间的连接，包含单向线段和双向线段；即一张地图是由若干个关键点和若干条线段组成。

AGV调度系统中的AGV小车采用的是磁条导航方式，并在磁条上布置若干个RFID定位点。磁条导航方式和电磁导航方式的工作原理是相似的，差别在于磁条导航方式的导引线是磁条，并且电磁传感器自带激励线圈[3]。无线射频识别技术(Radio Frequency Identification,简称RFID)是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境[4]。

2 在AutoCAD中绘制地图

作为一款功能强大的通用的绘图平台软件,AutoCAD被广泛使用于机械、电子、航天、建筑等领域,成为行业中被使用最为多的计算机辅助设计软件之一[5]。正是因为AutoCAD具有绘制二维平面图的诸多优点，所以本文选择用AutoCAD来设计仓库中的地图。

正如上文所述，AGV仓储物流系统中，包含有大量的货架、待命区、充电区、上货区和引导定位点。为了形象表示，在AutoCAD中将“引导定位点”画成圆形，将“货架”、“待命区”、“充电区”和“上货区”画成矩形；这些定位点的种类不同，其RFID号码也不同，即它们具有不同的属性。为了能够快速完成地图的绘制，通过在AutoCAD中定义“属性块”来绘制上述定位点。在AutoCAD中，若将图形中每部分对象都定义成图块，需要时直接插入，这样就可以避免重复性工作，同时还可提高绘图的效率和精确度[6]。

综上，在AutoCAD中，定义2种属性块来表示上述定位点，即定义属性块“圆”表示引导定位点，包含的属性有“种类”、“序号”；定义属性块“矩形”表示货架、待命区、充电区和上货区，包含的属性有“种类”、“地址”、“序号”。“种类”表示该定位点是哪一种类型，地址是货架专有的，表示是第几个货架。“序号”表示该定位点上的RFID号码是多少，每个定位点上的RFID号码是唯一的。2种属性块的具体信息如表1所示。

表1 2种属性块的具体信息

在AutoCAD中，属性块“圆”的定义如图1所示，属性块“矩形”的定义如图2所示。

图1 属性块“圆”的定义

图2 属性块“矩形”的定义

定义完上述2种属性块后，接下来就可以根据仓库的实际情况，来规划整个地图了，只需要将上述2种属性块,修改“种类”、“地址”、“序号”等属性，并根据定位点的实际坐标，逐个地插入到地图中，之后采用线段连接相邻2个定位点即可完成整个地图的绘制，非常方便和快捷。地图上的定位点即是RFID点，线段则是2个RFID点之间的磁条。

3 使用VBA脚本导出地图数据

在AutoCAD中绘制好地图后，工人即可按照图纸进行施工，例如，在路面上，贴上地图中绘制的所有磁条等等。另外一方面，需要将该地图导入到AGV调度系统中，AGV调度系统正是根据该地图来调度AGV执行任务的。为了能快速地将AutoCAD中绘制好地图导入到AGV调度系统中，本文采用AutoCAD的二次开发方法，AutoCAD的二次开发方法包括VBA、AutoLisp 、VisualLisp和Objet ARX等4种[7],本文选择使用VBA(Visual Basic for Applications)进行二次开发，主要是因为 VBA具有简单易学、良好的程序员基础、速度快，以及与其他Windows应用程序交互好等优点而得到了广泛的应用[8]。

上文已经在AutoCAD中绘制好了地图，接下来将通过VBA脚本程序，导出地图中所有的关键数据。地图中只包含2种图元，一种是属性块，另一种是连接2个相邻属性块的线段，只要将这2种图元的数据导出到文本文档即可，导出它们的方法是类似的。

首先对于地图中的每一个属性块，包含的关键数据包括：序号(唯一的RFID号码)、X坐标、Y坐标、块种类和货架地址，只需要将这些数据从地图中读取即可。由于在定义属性块的时候，“种类”属性使用的是文本类型，为了方便导出数据，将其转化为数值类型，具体对应关系，如表2所示。

表2 “种类”属性转换表

为了导出地图中每一个属性块数据，只需要在AutoCAD中，通过VBA中的For语句循环检索图形中的所有属性块，并将属性块的坐标、各个属性值读取出来，并保存到相应的数组中即可，相应的核心代码如图3所示。

图3 读取属性块的核心代码

之后需要将该数组的内容导出到文本文档——RFID.txt中，其核心代码如图4示所示。

图4 导出数据的核心代码

其次对于地图中连接2个相邻属性块的线段，包含的关键数据包括：序号、起点序号、终点序号，同样只需要将这些数据从地图中读取即可，采样的方法和读取属性块是类似的，也是通过For语句循环检索图形中的所有线段，并将每条线段的起点坐标和终点坐标读取出来；由于地图上每一个RFID点的坐标是唯一的，所以可以通过一个点的坐标来查找其相应的RFID号码。读取出每一条线段的起点序号和终点序号出来后，将其保存到相应的数组中。之后同样将数据导出到文本文档—RFIDLINE.txt。

4 服务器读取地图数据

调度系统采用的是浏览器/服务器架构模式，该架构是一种以HTTP为传输协议, 客户端通过浏览器访问Web服务器以及与之相连的后台数据库的体系结构[9],用户只需要通过浏览器即可访问运行在服务器中的调度系统了。浏览器端采用JavaScript脚本绘制调度系统的地图，服务器采用C#编程语言完成。

将包含地图数据的文件，放在固定的文件夹中，运行在服务器中的调度系统将读取这2个文本中的地图数据，并在内存中生成仓库地图，以便完成调度AGV的任务。由于服务器中的调度系统是采用C#编程语言编写的，所以只需要使用C#读取文本文件中地图的数据即可，也是通过For语句循环读取文本文档中的每一行的数据，并保存到相应的数组中。读取RFID.txt的核心代码如图5所示，读取RFIDLINE.txt的代码是类似的。读取完这2个文档中的数据后，服务器将拥有了整个地图所有的数据。

图5 C#读取文本文档的核心代码

5 浏览器中绘制地图

服务器读取完地图数据后，下一步的关键是如何将服务器中地图的数据发送到浏览器端，以便在浏览器中绘制地图；本文采用的方法是在浏览器中添加3个隐藏的文本控件，服务器向这3个文本控件发送2个文档的地图数据和多个AGV的坐标数据。浏览器获得地图数据后，即可绘制出整个地图。由于地图的数据是固定的，所以仅需发送一次数据即可，但由于AGV是一直处于工作状态，它们的坐标一直是变动的，所以AGV的坐标是需要周期性发送给浏览器的，从而可以在地图上实时浏览AGV当前的位置。

浏览器获取服务器中的地图数据后，接下来将采用JavaScript脚本来绘制地图，以供用户查看。JavaScript作为一种编程/脚本语言,已经被广泛用于web开发,以增加更多的动态功能和效果,改善最终用户体验[10]。在浏览器中绘制的地图和在AutoCAD中绘制的地图是相同的，同样是将“引导定位点”画成圆形，将“货架”、“充电区”和“上货区”画成矩形；JavaScript脚本语法比较简单，有了地图的数据后，绘制地图的本质只是绘制多个圆形、矩形和线段，JavaScript有专门绘制它们的函数，绘制圆形和矩形的核心代码如图6所示，绘制线段的代码是类似的。

图6 JavaScript绘制圆形和矩形的核心代码

6 测试结果

为了验证该方法的可靠性和快速性，本文参照某公司的物流仓储系统，采用该方法绘制该仓库的地图。首先使用AutoCAD绘制仓库中的地图，该地图包含有4个上货区，16个货架，8个充电区，4条物流线，如图7所示。

图7 物流仓储地图

该图上部RFID号为14、27、40、55的4个矩形框是4个“上货区”，中下部的4行4列共16个矩形框是16个“货架”，最左边和最右边的矩形框是8个“充电区”，圆形点是“引导定位点”。图中最短的线段的长度是1米，其他线段的长度是1米的整数倍；线段包含双向线段和单向线段，单向线段表示AGV只能朝1个方向移动，包括向左、向右和向下单向线段。

接下来使用已经编写好的VBA脚本，导出地图中的所有数据，导出属性块的部分数据如图8所示，导出的部分线段数据如图9所示。

图8 属性块的部分数据

图9 线段的部分数据

之后将这2个地图数据放入调度系统中相应的文件夹中，调度系统运行时，会自动读取它们，生成调度地图；同时调度系统会自动将这2个地图的数据发送到浏览器端，从而在浏览器中绘制出整个地图；在浏览器中显示的地图如图10所示,地图中的“引导定位点”使用圆形绘制，“货架”、“充电区”和“上货区”使用矩形绘制，4台AGV也使用矩形绘制，为了使地图中的各个图形更易分辨，这些图形都采用不同的颜色绘制。用户可以在这个浏览器界面中实时观察所有AGV当前的工作状态，掌控整个调度系统的运行情况。AutoCAD绘制地图的时间，占据了整个过程时间的绝大部分，其他过程都是自动化完成的，通过实际测试，全过程只花了2个小时。

图10 浏览器中的物流仓储地图

7 结论

从图10可以看出，浏览器显示的地图和在AutoCAD绘制的地图完全相同，这证明了这种绘制方法的可行性；另一方面，整个过程只需要在AutoCAD中绘制好相应的地图，再将地图数据导入调度系统即可，说明这种方法操作简单；此外，这种绘图方法使调度系统和地图完全解绑，每次修改地图，调度系统都无需重新编码，只需导入新的地图数据即可；最后，绘制一张地图的时间由原来的1个星期，缩减到现在的2个小时，说明了这种方法的快速性。