AGV在复杂线路下运行控制研究

张家琪 刘 祺

（天津理工大学，天津，300384）

0 引言

随着自动化物流系统、智能工厂的发展，自动引导车(Automated Guided Vehicle，AGV）作为运输系统的关键工具之一，得到了越来越多的应用[1]。

目前主流的AGV导航方式有：磁导航、光学导航、惯性导航、激光导航。其中，磁导航是一种传统导航方式，也是目前应用最为广泛的导航方式。磁导航的原理是：预先在AGV的行驶路径上敷设磁条，AGV通过磁条感应信号实现导引。磁导航AGV在复杂线路下运行时，其路径选择以及交通控制是影响转运效率的关键因素，也是运行控制中需要解决的主要问题。

1 基本信息设置

首先，需要根据AGV的运行线路、工艺流程等因素设置基本信息，主要包括点(Point）表、路径(Path）表、任务(Task） 、区域(Area）表。

1.1 点表

1.1.1 点的分类

点用来描述AGV运行路线上的关键位置，根据用途，点可分为两类：磁钉点和非磁钉点。

为了获得AGV的位置，在AGV的运行路线上，根据需要，设置编号不同的磁钉，这种设置磁钉的点称为磁钉点，主要用于准确停位、路由控制等；当AGV运行到磁钉点上方时，读取磁钉编号，就可知AGV当前位置。磁钉点主要布置在以下位置。

1）停止点：AGV需要停止进行工作的点；

2）多任务分配点：以该点为起点的任务有多个，需要在该点根据条件分配任务；

3）AGV反向运行点： AGV在该点由正向运行转为反向运行，或由反向运行转为正向运行；

4）路径三叉点；

5）路径终点或需要交通管制的点；

6）减速点：为了在停止点停位准确，根据需要在停止点的前方适当位置设置减速点；

不设置磁钉的点称为非磁钉点，主要用于地图显示、路径添加，设置在线路拐弯处、增加路径处等。

1.1.2 点的主要属性

1） 编号：点的序号，用于区别各个点；

2） X坐标：点位置的X坐标，用于地图显示和AGV位置计算和显示；

3） Y坐标：点位置的Y坐标，用于地图显示和AGV位置计算和显示；

4） 磁钉点：是否为磁钉点（1-磁钉点，0-非磁钉点）；

5） 叉点：是否为三叉点或十字叉点（1-叉点，0-非叉点）；

6） 加锁区域：是否属于某个加锁区域（0-不属于加锁区域，非0-加锁区域编号）；叉点与加锁区域不能同时设置；

7） 叉点加锁标志：叉点时，是否已被AGV加锁（1-已被加锁，0-未被加锁）；

8） 叉点加锁AGV编号：叉点被AGV加锁时，对应的AGV编号（0-未被加锁，非0-AGV编号）；

9） 工位点加锁标志：若该点是任务终点，是否已被AGV加锁（1-已被加锁，0-未被加锁）。

需要注意的是，上述属性第1）-6）项的属性值需要预先定义；属性第7）-9）项在运行控制过程中动态写入。

1.2 路径表

路径指以相邻的两个点为端点的有向线段，路径有起点、终点；起点、终点相反的路径互为反向路径，也称双向路径。路径的主要属性如下。

1） 编号：路径的序号，用于区别各个路径；

2） 起点：路径起点编号；

3） 终点：路径终点编号；

4） 长度：路径长度；

5） 车头方向：AGV在路径上运行时的车头方向；AGV车头方向与路径方向一致时，为正向前进；否则，为反向后退（1-正向，0-反向）；

6） 转向（左中右）：当路径终点为三叉点时，转向为左或右；当路径终点为非三叉点时，转向为中；

7） 速度：AGV在路径上的运行速度；

8） 反向路径：当前路径的反向路径编号（0-无反向路径，非0-反向路径编号）；

9） 象限：当路径为圆弧时,圆弧相对于圆心所在的象限，这用于计算AGV在圆弧上的位置和方向（0-直线，1~4-象限）；

10）双向加锁标志：双向路径时，是否已被AGV加锁（1-已被加锁，0-未被加锁）；

11）双向加锁AGV编号：双向路径被AGV加锁时，对应的AGV编号（0-未被加锁，非0-AGV编号）。

需要注意的是，上述属性第1）-9）项的属性值需要预先定义；属性第10）-11）项在运行控制过程中动态写入。

1.3 任务表

任务由多个依次相连的路径组成，也可理解为由多个依次相连的点组成，表示AGV运行路线。任务的主要属性如下。

1） 起点：要求为磁钉点；

2） 中间点1~中间点10：（0-不使用或无，非0-中间点编号）；

3） 终点：要求为磁钉点；

4） 终点停止：AGV到达任务终点时是否停止进行等待；

5） 终点加锁：任务终点是否需要加锁（1-需要加锁，0-不需要加锁）；

6） 解锁点：到达该点时，是否解锁任务起点；用于特殊工位点交通控制。

需要注意的是，上述属性的属性值需要预先定义。

1.4 区域表

把两个或多个相邻的点定义为一个区域；用于交通管制。

区域的主要属性如下：

1） 编号：区域的序号，用于区别各个区域；

2） 区域加锁标志：区域是否已被AGV加锁（1-已被加锁，0-未被加锁）；

3） 区域加锁AGV编号：当区域被AGV加锁时，对应的AGV编号（0-未被加锁，非0-AGV编号）。

1.5 示例

本示例取某新能源汽车电池检测线路的一部分并简化为例进行说明，如图1所示。

图1 新能源汽车电池检测线简化图

示例图工作流程说明如下：

1） 点03：待测电池装载点；

2） 点09：任务分配点，根据点21、24的使用情况进行分配或等待；

3） 点21、24：电池检测点，检测完成后，根据检测结果（合格、不合格）和点26的使用情况进行分配或等待，检测合格时到点02结束下线，检测不合格且点26空闲时到点26进行维修，检测不合格且点26忙时等待点26空闲；

4） 点26：电池维修点，维修完成后，需要再次进行检测，根据点21、24的使用情况进行分配或等待；

5） 点02：检测完成电池卸载点。

根据工作流程，任务路径配置如下：

2 任务分配

一个任务执行完成，自动分配新任务，实现AGV的路径选择和自动连续运行。

2.1 任务分配时机

根据任务属性“终点停止”确定任务分配时机；当终点停止时，AGV到达任务终点停止等待放行信号，再分配新任务；当终点不停止时，AGV进入任务的最后路径开始分配新任务。

2.2 任务分配方式

根据任务终点确定任务分配方式；当以该点为任务起点的任务有多个时，称为多任务，需要根据条件进行逻辑判断再进行分配。这部分逻辑判断可以根据项目编写特定程序实现，也可以采用“通用程序+参数配置”方式实现。当以该点为任务起点的任务只有一个，称为单任务，编写通用程序实现。在实际项目应用中，大部分任务为单任务。

3 任务运行

控制AGV的基本命令有前进、后退、停止、速度、转向（左中右）。这些基本命令的参数设置在路径中，不同的路径可以设置不同的命令参数。

AGV实时反馈最新经过的磁钉编号以及经过该磁钉后运行的距离，任务运行逻辑根据这两个实时反馈值，确定AGV所在的路径，然后根据路径的命令参数及外界条件，控制AGV运行。

3.1 叉点交通控制

叉点是一种特殊的点，分为三叉点和十字叉点；图1中点18为三叉点；点10为十字叉点。

当两个AGV同时进入叉点时，会触发AGV雷达报警，造成障碍停止；为了避免这一情况发生，采用叉点独占方式进行交通控制。

叉点控制逻辑如下：

1）若终点不是叉点，则继续行驶；

2）若终点是叉点且未被加锁，则加锁终点；

3）若终点是叉点且被本AGV加锁，则继续行驶；

4）若终点是叉点且被其他AGV加锁，则停止等待；

5）当AGV到达路径终点时，若路径起点是叉点且被当前AGV锁定，则解锁起点；

例如图1中任务T4，当到达点22时，加锁点18；当到达点19时，解锁点18。

3.2 区域交通控制

由于AGV尺寸和路径长度的原因，当某一区域线路复杂，利用叉点交通控制不能满足要求时，可以把多个点定义为一个区域，使用区域加锁的方法进行控制。

区域控制逻辑如下。

1） 若路径终点不属于区域，则继续行驶；

2） 若路径终点属于某个区域且该区域未被加锁，则加锁该区域；

3） 若路径终点属于某个区域且该区域被本AGV加锁，则继续行驶；

4） 若路径终点属于某个区域且该区域被其他AGV加锁，则停止等待；

5） 当AGV到达路径终点且路径终点不属于该区域时，若路径起点属于某个区域且该区域被本AGV加锁，则解锁该区域；

在图1中，点10、11、20组成区域定义为A1，点10、11、20的属性“加锁区域”都设为A1。例如任务T2，当到达点09时，加锁区域A1；当到达点21时，解锁区域A1。

3.3 特殊工位点交通控制

某些工位点不允许两个或多个AGV同时进入；为了避免同时进入而造成的错误，采用工位点独占方式进行交通控制。在图1中，点21、24、26属于这类特殊工位点。

1） 特殊工位点加锁。

AGV在任务分配时，查找符合条件且任务终点未加锁的任务，若找到，则加锁任务终点，并为AGV分配该任务。

例如图1中假设AGV在点21电池检测不合格需要维修，则任务T5满足条件，若任务T5的终点26未被加锁，则加锁点26，并为AGV分配任务T5；否则，等待。

2） 特殊工位点解锁。

当AGV当前任务执行完成，到达任务终点时，不能立即解锁任务终点，要确保AGV执行新任务离开并和另一进入的AGV不发生碰撞时，才能解锁。为了解决这一问题，采用在任务属性中设置解锁点的方法：当AGV离开到达解锁点时，解锁任务起点。

图1中以点26为起点的任务分别为T8、T9 、T10、T11，在这些任务中分别设置解锁点为点15。这样，当AGV执行这些任务，到达点15时解锁任务起点26。

3.4 双向交通控制

当两辆AGV沿互为反向的路径相对行驶时，如果不加控制，将产生交通堵塞。例如图1中，对于任务T3和T10，点11和点13之间的路径为需要双向交通控制的路径。

解决双向交通控制的问题有两种方法：一是在设计路线和任务时尽量减少或避免这种情况发生，这样可以减少AGV互相等待的时间；二是通过交通控制的方法解决，其控制逻辑如下。

1） 若下一路径不是双向路径，则继续行驶；

2） 若下一路径是双向路径且未被加锁，同时所有未完成路径中的双向路径的反向路径均未加锁时，对所有未完成路径中的双向路径加锁；否则，停止等待：

3） 若下一路径是双向路径且被本AGV加锁，则继续行驶；

4） 若下一路径是双向路径且被其他AGV加锁，则停止等待；

5） 当AGV到达路径终点时，若当前路径是双向路径，则解锁当前路径。

4 地图显示

4.1 计算AGV坐标及角度

为了计算简单，路径只有直线路径和标准四分之一圆弧路径两种；AGV实时反馈最新磁钉编号以及经过该磁钉后运行的距离，根据这两个实时反馈值，确定AGV所在的路径、坐标值及角度。

为了计算AGV在圆弧路径上的坐标和方向，需要在路径属性中定义圆弧相对于圆心所在的象限。

4.2 地图显示

为了在显示器或触摸屏上显示地图及AGV，需要把上面计算的实际坐标转换为显示器坐标。其转换公式如下：

M_X= (Act_X- LD_X）* M_W/ Act_W；

M_Y= M_H- (Act_Y- LD_Y）* M_H/ Act_H。

公式中各参数含义如下：

Act_X、ACt_Y：实际坐标；

Act_W、Act_H：运行路线的实际大小；

LD_X、LD_Y：运行路线左下角坐标；

M _X、M_Y：显示屏显示坐标；

M_W、M_H：显示屏分辨率。

5 结束语

AGV在复杂线路下按照工艺要求合理顺畅地运行是AGV运行控制系统的重要内容。同时，AGV运行控制系统也要实时反馈AGV的运行状态，特别是当AGV停止运行时，要反馈停止运行的原因。