AGVS 在紡織行業的物流搬運應用

敖 勇， 李 偉， 耿牛牛， 王小鐸， 隰 瀟， 劉忻雨

（機科發展科技股份有限公司， 北京 100044）

0 引言

AGVS 是自動導引車系統的簡稱， 通過自動導引系統定位自身在系統中的精確坐標， 通過對伺服電機的精確控制沿著預設的線路進行行駛， 完成無人化的物料搬運、牽引等作業，與傳統的物流輸送相比，AGVS 系統具有線路柔性、部署簡單、靈活高效等特點。

1 AGVS 的總體結構和地面控制部分結構

AGV 小車通過覆蓋全廠的Wifi 或5G 通訊實現與AGV 管理系統及圖形監控系統的實時通訊，如圖1 所示是AGVS 總體結構圖，主要車載伺服控制器及電機、車載控制器和激光導航掃描器等構成。

圖1 AGVS 總體結構圖

如圖2 所示，AGVS 地面控制部分主要由物流系統管理機、AGV 系統管理監控主機組成，AGV 調度管理系統部署在AGV 系統管理主機中，主要有交通管理、任務管理、車輛管理、通訊管理、用戶管理及數據報表管理等功能，是整個AGVS 系統的核心。

圖2 AGVS 地面控制部分

2 某紡織行業物流項目中AGVS 物料搬運的實現

AGV 物流系統是在NDC 技術平臺的基礎上，根據放卷車間生產工藝流程，AGV 根據物流信息系統下發的作業指令，實現布卷物料及空軸的自動搬運，同時將作業信息進行自動上傳給物流信息系統。 目前設計試驗1 臺AGV 系統完成1 臺機組的取軸和上布工作，如試驗成功，后續將再增設9 臺AGV 小車，最終實現10 臺AGV 小車對于10 臺放卷機的區域，24 小時連續作業，每小時80 個布卷及80 個空軸的持續作業效率。

2.1 AGV 物流系統工藝流程

2.1.1 對接站臺

AGV 車體為懸臂叉取式結構，AGV 對接的卷取機及輸送機站臺盡可能保持一致。

AGV 在卷取機取布卷及卸空軸時， 人工需要先把軸的固定螺栓等打開到位后，才能觸發AGV 搬運任務。

輸送機站臺需要與AGV 設備進行安全關聯互鎖，確保在取卷和放卷的過程中，輸送機不會運行或者轉動。

2.1.2 取布卷作業

人工使用手持終端觸發取布卷作業， 物流系統自動下達取布卷搬運任務請求給AGV 管理系統，AGV 管理系統自動調度指定AGV 小車運行至卷取機對接位置，從卷取機上取上布卷，AGV 自動運行至庫區輸送機站臺，AGV小車與輸送機進行信息交互并建立安全連鎖確認后，將布卷放到輸送機站臺的支架上。

2.1.3 上空軸作業

AGV 小車在取布卷作業中，布卷取貨完成后，自動下發上空軸作業。

物流系統下達上空軸任務請求給AGV 管理系統，AGV 管理系統自動調度指定AGV 小車運行至上游庫區輸送機站臺，AGV 小車與輸送機進行信息交互并完成安全連鎖確認后，AGV 小車取上空軸后，自動搬運至對應的卷取機站臺。 AGV 到達機臺后，人工將空軸取下，放置在旁邊備用。

2.2 AGV 管理調度系統

如圖3 所示是AGV 小車項目現場實況圖，根據項目現場的設備實際布局以及生產工藝流程，對AGV 小車進行合理的路徑規劃，制定完善的交通管制規則，以滿足項目現場的安全高效運轉。

圖3 AGV 小車項目現場實況圖

AGV 調度管理系統是基于先進的NDC 平臺進行定制開發的，其中NT8000 是NDC 平臺下的成熟調度模塊，Cway 為配置化的圖形監控軟件，相比AGV 行業其他平臺的調度系統，本調度系統在系統的集成度及穩定性上有比較大的技術優勢， 通過AGV 調度管理系統對系統任務進行下發、分配，根據AGV 小車在系統中的實際坐標合理調度最優車輛進行任務的下發，已達到系統效率的最大化。

3 系統設計的重點問題和項目應用中的技術創新

3.1 系統優化

受項目現場通道狹窄的影響，AGV 的運行空間緊張，采用常規的路線設計滿足不了使用要求， 需對線路進行柔性化設計，在設計線路時需通過仿真AGV 小車的角速度及速度把運行曲線切割分成若干線段， 通過Drawing Line Tool 工具進行在線優化， 使AGV 小車的運行通道要求最小化。如圖4 所示是通過Drawing Line Tool 工具優化后的柔性曲線模式和正常無特殊設計的常規曲線模式的運行包絡線，它們的運行起點和運行終點完全一樣，但最終呈現在AGV 小車路線包絡線中可以明顯的看到， 通過Drawing Line Tool 工具優化后的柔性曲線比無特殊設計的常規曲線在空間的占用上由明顯的優化， 正如圖4 粗線框所顯示的。

圖4 柔性曲線產生的包絡線和常規模式產生的包絡線圖

由于運行場景的復雜性，在項目現場出現較多的立柱及站臺干涉， 單純的采用柔性曲線并不能滿足整個項目的線路優化，需結合Drawing Line Tool 工具的障礙物繞障設計工具對有障礙物的通道再次進行深度優化， 通過Drawing Line Tool 工具對運行線路中固定的“障礙物”進行標記，并通過Drawing Line Tool 工具的優化算法在線生成優化路徑， 使AGV 對現場空間的適應性最大化。 如圖5 所示是優化前及優化后的包絡線對比效果， 可以看出優化后AGV 小車的運行包絡線明顯優于優化前。

圖5 優化前及優化后的包絡線對比圖

3.2 信息交互

AGVS 在作業過程中每個階段都需要與其他設備進行信息交互，在任務的各個狀態下由AGVS的調度系統向上級管理系統發送請求，當收到信號確認完成交互連鎖后，AGV小車進入任務的下一個階段，直到任務完成，具體流程如圖6 所示。

圖6 AGV 小車執行任務流程

3.3 取消任務機制

AGVS 系統設計包含任務取消機制以提高系統的冗余， 當AGVS 判斷上級管理系統下發錯誤指令時，AGVS可自動取消該錯誤任務并將取消后的結果上報給上級管理系統，當人為下發指令錯誤時，可在AGV 調度系統的任務界面人工取消該任務。

3.4 充電管理功能

AGV 小車通過電池提供能量， 電池運行一段時間后需進行自動充電， 在AGV 運行的過程中，AGV 控制系統實時監控電池電量，當檢測到電池電量不足時，AGV 小車會執行完當前任務后，AGV 調度系統調度AGV 小車駛向空閑充電站進行充電，電量充足后AGV 自動結束充電并繼續執行調度系統下發的作業任務，全程無人化。

4 結論

本項目通過對AGVS 的研究和技術創新，根據項目的實際需求，合理規劃了自動化搬運流程，在不改變客戶的設備布局同時， 柔性兼容了現有所有尺寸產品的物料搬運，通過柔性的路線設計以及合理的交通管理，在實現生產線自動化、 信息化的同時有效的提高了生產的效率，并為后續整廠以及整個行業的運用推廣提供了很好的借鑒。