文｜机械科学研究总院机科发展科技股份有限公司
何朝宣、李伟、孙家琦
三角轮胎股份有限公司威海华阳橡胶科技分公司
杨忠辉、朱敬忠
AGVS是自动化物流系统中的核心组件之一，在生产线的各组成部分之间起到衔接枢纽的作用，随着工业生产自动化程度提高，AGVS的发展前景十分广阔。本文主要针对某自动装配车间对AGVS功能的需求，在基于NDC8的基础上，对AGV管理系统进行划、设计和创新，最终在NT8000上实现了某自动装配车间对AGVS功能的需求。
AGVS是“自动导引车系统”的简称，具有工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优点。AGV是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及多种移载功能的运输车。与物料输送中常用的其他设备相比，AGV的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置。因此，在自动化物流系统中，AGVS最能充分地体现其自动性和柔性，实现高效、经济和灵活的无人化生产。
一、AGVS的总体结构和地面控制部分结构
AGV小车通过无线网络连接实现与监控机和管理机之间的通讯，图1是AGVS总体结构图，主要由交直流电机、交直流伺服驱动器、车载控制器和激光扫描器等构成。
图1 AGVS总体结构图
图2 AGVS地面控制部分
如图2所示，AGVS地面控制部分主要由物流系统管理机、AGV系统管理监控主机组成，其中AGV管理和监控计算机是AGV系统运行的核心，主要功能有：执行任务命令；为不同的运输任务分配最优的AGV小车；为每个运输任务安排运输路线；控制AGV系统中的多台AGV小车的交通；处理现场的一些输入、输出信号。
二、某自动装配车间物流项目中AGVS物料搬运的实现
图3 自动装配车间的平面布局图
图3是某厂房自动装配车间的平面布局图，主要由库房、配餐区、机加工位和组装工位四部分构成。AGVS主要用于实现库房与机加工位、库房与配餐区、配餐区与组装工位、库房与组装工位等环节的物流搬运，体现了技术先进、可靠实用，并留有适当的发展余地。
目前该自动装配车间已经初步实现了生产方式柔性化、生产运行集约化及生产控制智能化，有利于企业持续发展，为实现企业的生产自动化、管理信息化、降低生产成本等创造了必备条件。
1.满托盘搬运
生产过程中，物流MFC系统根据生产计划和生产进度，将托盘需求任务请求提供给AGV管理系统，AGV管理系统接收到指令后自动调度最近AGV小车从待命站或线路上运行至托盘位；取上满托盘后，自动搬运至指定叫料位置。
2.空托盘供应
生产过程中，物流MFC系统根据生产计划和生产进度，将空托盘返回任务请求提供给AGV管理系统，AGV管理系统接收到指令后自动调度最近AGV小车从待命站或线路上运行至空托盘位；取上空托盘后，自动搬运至空托盘回收位置。
3.AGV系统的路径规划
AGV设备的路径规划是根据生产设备布置图和工艺流程，安排最佳的AGV小车输送路线，以达到输送效率高效、简洁流畅的目的，并尽量避免多台车之间的干涉，以提高系统运行效率。这些功能的实现，主要是基于先进的AGV管理系统NT8000。
NT8000是基于NDC8的基础上开发出的AGV管理系统，与其他AGV管理系统相比，该系统的优势在于集成性更强大，可以通过控制物流信息管理系统和AGV系统图形监控软件，进行现场各种命令的接收、命令的执行、相关参数的传输和AGV小车的监控，实现分配或再分配AGV小车、AGV小车最优行进路径的搜索和分配、多台AGV小车交通管理、无任务AGV小车处理和AGV小车异常情处理等其他功能；同时，NT8000还预留了与外部连接的标准接口，可方便地与其他管理系统进行无缝对接。
图4 项目现场正在工作的AGV小车
图4是项目现场正在工作的AGV小车，由于多台AGV小车工作在相同的物流路线上，不可避免地存在着路线争用和任务交叉，在公共主干道上应避免设置物料装卸站，以保证主干道物流的畅通，避免发生交通堵塞；不同区域的物流强度应尽量保持平衡，避免出现AGV集中运行的情况，这样可减少交通堵塞，既可以简化交通管理，又可提高系统的工作效率；
三、系统设计的重点问题和项目应用中的技术创新
1.系统优化
（1）柔性曲线及其优化工具以及Drawing Line Tool工具的使用
由于项目现场物理空间特别狭小，支路通道狭窄，采用常规模式画线段不能满足要求。采用柔性曲线，能够保证在画一条线段时自动分析线段起点和终点的坐标差距，并且结合小车转向的最大角速度和最大速度把线段分成若干小段，然后通过优化工具进行优化，使AGV小车占用空间最小。
图5 柔性曲线产生的包络线和常规模式产生的包络线图
图5是柔性曲线模式和常规模式产生的包络线，它们的起点和终点坐标均相同，但在AGV小车路径规划中，柔性曲线模式占用的空间明显较小常规模式占用的空间，正如图5红框所显示的。
由于支路通道狭窄，并且某些站台存在的物理干涉较多，单纯采用柔性曲线也难以满足现有条件，此时需要结合Drawing Line Tool工具，进一步优化线段的包络线占用的空间，使其占用空间更小。Drawing Line Tool工具优化的原理是在无法移动的固定“障碍物”周围加一层保护，使用优化工具内部程序进行占用空间优化，使占用空间更小，保证AGV小车可以顺利通过。
图6 未使用Drawing Line的包络线和使用Drawing Line的包络线图
图6是未使用Drawing Line Tool工具和使用Drawing Line Tool工具产生的包络线，它们的起点和终点坐标均相同，但使用Drawing Line Tool工具占用的空间明显小于未使用Drawing Line Tool工具占用的空间。
（2） 复合动作和复合任务的实现
货叉的升降和小车的行走可以单独控制，考虑到系统的效率和观赏性等因素，本项目中AGV小车在行走的过程当中调整货叉高度，边走边升货叉，边走边降货叉，经过实际的使用，效果比较明显。
在任务分配和调度方面，根据AGV小车的实际位置、是否有在执行任务、执行任务的距离和时间等因素，自动将任务分配给AGV小车。AGV完成前一作业任务之后，AGV系统会根据物流系统任务指令，自动调度AGV小车执行取空托盘任务，将空托盘运回至配盘区重新进行配盘作业，这样有效地提高了系统效率。
2.信息交互
AGV小车与其他物流设备有信息交互，为保证安全生产，AGV小车在取货、卸货、取货完成、卸货完成时均会向上级系统发出请求以及完成确认信息，待上级系统给出指令后，AGV小车方可执行任务，具体流程如图7所示。
图7 AGV小车执行任务流程
3.取消任务机制
如果上级系统下发指令有误或者人为干预，导致AGV小车接受到错误任务，可以在AGV调度系统上将该任务取消。
4.充电管理功能
由于本项目的生产任务比较繁琐，设置了5个充电站，AGV小车在正常的运行过程中，时刻监测电池电压，当电池电压低于程序中预先所设定的值23.5v时，AGV小车将会产生一个“低电量报警”信号，待AGV小车执行完当前正在执行的任务后，自动运行到充电站进行充电，待充电完成后，AGV小车可以继续执行任务。
四、总结
本项目通过对AGVS的研究和技术创新，根据项目现场实际环境，采用合理的路线设计，更好地优化了系统效率，有效地减少AGV小车的空跑时间和等待时间，提高了工作效率，使系统更稳定、高效地运行。