综合仓库智能设备应用

曾 强 黄 娟

前言

电磁或光学自动导引装置的运输设备(简称AGV)是移动机器人的一种，是现代制造企业物流系统中的重要设备，主要用来储运各类物料，为系统柔性化、集成化、高效运行提供了重要保证。在以往的生产线上，导向式AGV是人们经常采用的方式，需要预先规划AGV的运行路线，而且生产车间的装置不能随意移动,明显降低了AGV的柔性。因此，非导向式AGV已成为敏捷制造物流系统中的主要选择。在非导向式AGV系统中，运行路径可以根据车间的布局变化，只改变规划系统的软件参数即可满足路径规划要求。

目前，在我国某些汽车、烟草行业，AGV已投入使用，并取得了良好的经济效益。但从使用形式来看，大都采用属于固定路径导向范畴的电磁导引AGV，而珠江啤酒公司引进了一批采用激光导引的非固定导向模式的AGV，不仅对敏捷物流设备的研制和应用有现实的工程意义，而且对移动机器人路径规划有重要的理论意义。

3. 安全性能高，不易与加工设备和其他障碍物碰撞，不会造成其他设备的损坏。

4. 通过安装在墙面上或者货架立柱上的反光装置进行导引，不占用土地空间。

5. 系统可靠性极高。AGV采用最先进的调度系统，车辆管理极为方便，当一台小车需要维修时，其它小车的生产率不受影响并保持高度的系统可利用性。

6. 节约能源与保护环境。充电和驱动系统耗能少，能量利用率高，噪音极低对制造和仓储环境没有不良影响。

1. 激光导引式小车的特点

广州南沙珠江啤酒综合仓库AGV 搭载了激光为导引的自动化装备，能够沿规划的导引路径行驶，通过物流系统软件而集成于整个工厂的生产监控与管理系统中。其特点如下：

1. AGV可与其它物流系统实现无缝连接，如AS/RS(自动存取系统)、各种缓冲站、自动输送链、自动升降门等；实现在工作站之间对物料进行跟踪；对输送进行确认；与生产线和仓储管理系统WMS进行在线连接以向工厂管理系统提供实时信息。

2. 人工检取与堆置物料的劳动力减少，操作人员无需为跟踪物料而进行大量的报表操作，可显著提高劳动生产率。

2. AGV系统设计与部署

2.1 系统工作原理:

系统作业时，计算机通过无线电通讯自动将任务分配给AGV。AGV根据作业指令按预先制定的路径自动驶向作业点进行作业，在行驶过程中AGV利用激光头对周围反射板的扫描和计算来导航并修正自身的偏差，从而保证行走和定位的精度。AGV与上位计算机通过无线局域网进行联系，随时将自身的状态和任务的完成情况上报并显示在图形监控系统上。

AGV控制系统会自动对运行路线进行管理，当发生交通堵塞时，系统也能够自行处理。当AGV电池的电量不足时会自动请求充电，由控制系统发出充电指令，AGV小车自动行驶至充电站进行充电。充电的开始和结束信号由信号采集系统采集后上报仓储调度WCS系统进行控制。

2.2 AGV系统构成

AGV由车载控制系统、车体系统、导航系统、行走系统、移载系统和安全与辅助系统组成。

1. 车载控制系统是AGV的核心部分，由计算机控制系统、导航系统、通讯系统及电机驱动器构成。计算机控制系统采用了工控机控制管理，通过导航系统正确定位AGV位置，并能沿正确的路径行走。通讯系统是AGV和控制台之间交换信息和命令的桥梁，控制台和AGV之间采用了无线电通讯，而在AGV和移载设备之间为了定位精确采用光通讯。

2. 车体系统包括底盘、车架、壳体和控制器、蓄电池安装架等，是AGV的躯体。

3. 导航系统的功能是保证AGV小车沿正确路径行走，并保证一定行走精度。AGV的制导方式按有无导引路线分为三种:一是有固定路线的方式:二是半固定路线的方式，包括标记跟踪方式和磁力制导方式;三是无路线方式，包括地面帮助制导方式、用地图上的路线指令制导方式和在地图上搜索最短路径制导方式，而珠江综合仓库AGV采用了半固定路线的激光导航模式。

4. 行走系统是使用林德进口车型改装，行走部分由驱动轮、从动轮和转向机构组成，采用前轮转向和驱动，灵活便捷。

5. 移载系统是用来完成作业任务的执行机构，珠江啤酒综合仓库AGV直接采用了叉架式移栽系统，举升高度可达4.5米，精确要求较高。

6. 安全系统具有完善的多级安全报警机制，包括控制台系统监控、非接触激光防碰传感器、接触式防碰保险杠、急停按钮等，可以在各种情况下保证AGV系统以及AGV周边操作人员及设备的安全。

珠江啤酒综合仓库AGV采用SICK安全模块,将感应范围控制在半径1米范围内，包含减速区和停车区,(见图1)。减速区距离较远（黄色区域），停车区距离较近（红色区域）。

图1

二级安全防护挡板主要用于低速运行时的防碰保护，保险杠检测到障碍物，受到一定的压力后将报警并控制AGV停止。车上装有信号灯和声音报警装置，当小车发生故障时，AGV会自动启动声光报警。同时通过无线通讯系统通知AGV监控系统，并将故障问题传输至监控室中,指引人员进行处理。

7. 充电系统，车载显示器可以查看电量大小，当电池容量下降到低限时，系统向该台AGV发出强制充电命令（此命令有绝对的优先权）。当AGV到达充电站后，系统通过I/O接口控制地面充电设备，对其充电。充满后，充电需求信号消失，AGV小车可继续接受其他任务。

2.3 AGV系统现场部署

1. 现场通讯系统部署。AGV通讯采用无线局域网通讯,网络架构见图2。使用频率段为2.4GHz, 速率11Mbps，采用通讯协议为802.11b。在AGV行驶区域安装无线接入点AP，根据区域大小可安装多个AP，AP之间无缝连接。使用7S系统，采用NDC专用通讯模块RCU，使用频率为2.4GHZ,共16个通道，速率19200bps，多个RCU之间设置不同频率。

图2

2. 现场行驶路径规划。在行走路径的特定位置处，安装一批激光/红外光束的反射板。在行驶过程中，车上的激光扫描头不断地扫描周围环境,只要扫描到三个或三个以上的反射板，即可根据它们的坐标值以及各块反光板相对于车体纵向轴的方位角，计算出AGV当前在全局坐标系中的X, Y坐标和当前行驶方向与该坐标系X轴的夹角，实现准确定位和定向。如图3。

图3

3. AGV小车系统功能

图4 现场监控模块

1. 图形监控功能。图4为AGV可以显示系统中各台AGV运输小车的工作位置及运行状态，并报告AGV系统出现的各种故障。状态包括正常状态、充电需求、手动状态、急停状态、路径堵塞、小车丢失、小车停止等并可随时查看和设置数据采集系统的输入和输出信号的状态。

2. 查询任务功能。可以查看AGV运输小车具体的装、卸货地点。任务列表会根据收到的状态信息不断更新，管理员可根据需要删除某一项任务命令或改变任务命令的某些参数；

3. 查看状态功能。查看系统中AGV运输小车的车载控制器的某些状态，跟踪指定的AGV运输小车，取消不在系统中的AGV运输小车，释放多台AGV运输小车之间的堵塞。

4. 事件管理功能。可实时报告警告事件，包括AGV运输小车等待充电时间过长，车辆阻塞时间过长，AGV小车丢失，装、卸货站台号无效或错误等。

5. 报警提示功能。当故障发生时，可以显示发生时间、发生地点，故障代码等，还可提供设备的故障维修帮助信息。

6. 路径变更功能。可以根据用户需要，可快速变更AGV运行的路径及取、卸货站台位置点的信息。

7. 数据维护功能：

· 可以修正接口数据错误的可视化操作的维护界面，当发现数据错误的时候，可以暂停AGV系统，维护员登陆AGV系统通过维护界面对接口异常的错误数据进行数据修正，修正后启动AGV系统能继续正常运行；

· 可以提供系统各模块内部的系统错误的维护界面，维护员可以通过相应的可视化维护界面解决异常错误问题；

· 可以提供AGV系统各模块的运行及设备情况的监控界面，作业数据查询界面，实现系统各设备的运行状态可以直观地、实时动态地在控制系统上显示；

· 系统提供自动备份与恢复功能，包括数据与程序，当遇到异常无法正常运行或无法启动时，要实现可以马上恢复到最新的能正常运行的状态。

4. 结论

综合仓库是一个集自动化设备一体的综合物资储存仓库，自动化运输设备(AGV)更是仓库运转的中心枢纽，AGV可以通过系统信息的分配,快速提取起始地和目标地信息,准确无误的将所需货物运送至指定地方,减少了人工寻找货物所不必要的损耗时间，提高了仓库运行的整体效率。

珠江啤酒智能AGV的应用，实现了仓库内部无人工叉车运作，降低了人工成本，减轻了工人的作业强度，AGV车载上装有各种安全性能装置，为工人、物料、作业环境提供了安全，最终与生产线和库存管理系统进行在线连接，实现综合仓库仓储信息的智能化管理。