基于AGV的小商品自動分揀系統(tǒng)設(shè)計

徐寶鴻

（甘肅有色冶金職業(yè)技術(shù)學院，甘肅 金昌 737100）

1 AGV系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 AGV系統(tǒng)總體設(shè)計

AGV作為本設(shè)計的核心部分及揀貨執(zhí)行結(jié)構(gòu)，應自主完成尋跡、行進、通信等任務。AGV車體由車架、行進電機和控制電路等組成。AGV采用STC單片機作為控制核心，兩輪分別驅(qū)動，萬向輪輔助轉(zhuǎn)向和保持平衡的設(shè)計方式。電機采用由L289N驅(qū)動的直流減速電機；通信模塊采用支持AP+SAT模式ESP8266模塊。

1.2 AGV路徑引導設(shè)計

本設(shè)計決定采用光學引導方式。光學引導的傳感器采用一體式的光電開關(guān)TCRT5000作為傳感器，當發(fā)光二極管發(fā)出的紅外光被白色背景反射時，光電三極管接收到反射光線導通，輸出低電平，相反若紅外光線被黑色引導路徑吸收則輸出高電平。尋跡光電探頭主要實現(xiàn)的功能為路徑修正和交叉路徑識別。

（1） 路徑修正。由于AGV采用了兩輪獨立驅(qū)動的結(jié)構(gòu)設(shè)計，兩側(cè)電機分別驅(qū)動，當AGV沿直線行進時，即使采用相同的控制信號，由于電路損耗和電機的本身差異，很難保證兩輪速度相同便會偏轉(zhuǎn)原線路徑。路徑偏差及修正示意圖如圖1所示。

圖1 路徑偏差及修正示意圖

采用三組光電傳感器檢測AGV行進方向和路徑相對關(guān)系，傳感器間間距為23 mm，略大于路徑寬度20 mm，保證同一時間僅有一個傳感器可以檢測到路徑，當偏差累積a達約到10 °時就可以被傳感器組檢測到并由控制器修正行進方向。

（2） 交叉路徑識別。在傳統(tǒng)倉儲貨柜布局的基礎(chǔ)上，在過道和貨柜兩側(cè)分別布置黑色引導帶。倉儲路徑布局中主要出現(xiàn)了3種路徑形式“一”型、“L”型和“T”型，為能夠明確區(qū)分這三種路徑類型，可以采用3組傳感器來檢測路徑。在AGV沿路徑行駛的過程中需要同時檢查路徑偏差和檢測交叉路口，路徑檢查的結(jié)果和交叉路口的結(jié)果會相互影響，為了避免上述情況的發(fā)生，設(shè)計了5組傳感器來實現(xiàn)尋跡傳感器的功能。

2 路徑優(yōu)化及倉儲策略

2.1 AGV路徑優(yōu)化

目前已有相關(guān)論文提出了類似的基于AGV的物料搬運系統(tǒng)，但系統(tǒng)未對AGV的行進路線進行優(yōu)化，要到達某一指定貨物， AGV必須遍歷所有的貨柜， 才可以到達指定地點，當貨柜數(shù)量增加時，AGV的工作效率將大幅下降，如圖2所示，當需要到達圖中灰色標注的4個貨物點時 （貨柜編號：3，8，15，41），假定AGV行進速度不變，路徑優(yōu)化方法可以縮短約1/3的時間。

圖2 路徑優(yōu)化示意圖

2.2 倉儲策略

路徑優(yōu)化采用了簡單的矩陣算法，矩陣算法是將貨柜區(qū)看作一個零矩陣，各貨柜看作二維矩陣中的元素，使二維矩陣和貨柜區(qū)一一對應，當?shù)玫綊浨鍐螘r，在二維矩陣中對對應的矩陣元素賦值，AGV對賦值完的矩陣進行掃描，由于計算機掃描矩陣都是從起始元素開始進行逐行掃描，也就是對貨柜區(qū)的遍歷，當掃描到指定元素后就可以知道對應貨物在貨柜區(qū)的精確位置，在掃描過程中始終是從第一個元素開始，所以可以對揀貨清單上的貨物進行自動排序，可以有效地防止漏檢和重復，并且極大地減少了行進路線。由于AGV的起始位置始終不變，始終是從編號為1的貨柜開始行進，AGV可以根據(jù)計算得到的坐標值直接到達指定貨以4×4的貨柜區(qū)為例，可以很容易地找到矩陣元素和貨柜編號之間的關(guān)系，如式 （1） ：

結(jié)合矩陣的行號和列號就可以定位貨柜區(qū)的任意貨柜，如式 （2） 所示，根據(jù)不同的倉儲：

可以設(shè)置每行不同的貨架數(shù)，或?qū)⒉灰?guī)則區(qū)域拆分成多塊矩形區(qū)域分布對應不同的矩陣來對應不規(guī)則貨柜區(qū)域。4×4貨柜區(qū)矩陣算法示意圖如圖3所示。

圖3 4×4貨柜區(qū)矩陣算法示意圖

3 結(jié)語

本文針對小商品倉儲系統(tǒng)存在的問題進行了分析，采用單片機作為控制器，設(shè)計了一個基于訂單分揀的AGV車輛系統(tǒng)，并完成了硬件和軟件的設(shè)計。在設(shè)計中，單片機作為控制核心，實現(xiàn)了與電腦端客戶端的通信，數(shù)據(jù)收發(fā)，路徑的計算和引導，使得AGV可以根據(jù)預先計算的優(yōu)化路徑尋跡并完成分揀工作。