某高潔凈光電玻璃企業(yè)屬于玻璃制造加工行業(yè)。 其成品倉庫占地1200平方米，已有2條生產(chǎn)線，都是采用人工搬運的模式實現(xiàn)物品的周轉(zhuǎn)，整體效率較低。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研，深度了解客戶需求，對此玻璃原片的搬運入庫做整體改造，優(yōu)化1條生產(chǎn)線，選擇導(dǎo)入2臺AGV機器人和AGV中央調(diào)度管理系統(tǒng)，實現(xiàn)玻璃原片物料的自動搬運及管理，提高了整體效率。
（1）被運送物品
單層堆放，托盤外形尺寸為2240mm×1850mm。
每天搬運量約50架；每個托盤裝量148片；每個托盤堆放成品玻璃原片的最大重量約3000Kg左右。
要求AGV機器人搬運車每次搬運方便、靈活操作、相互協(xié)調(diào)。
（2）車間功能布局規(guī)劃
圖1 車間功能布局示意圖
上圖1所示為玻璃原片生成車間功能布局示意圖， 此樓層為玻璃原片生產(chǎn)車間，包含2條玻璃輸送線。每條輸送線末端配備2臺機械手，用于將輸送線輥筒上的玻璃原片放置到玻璃原片托盤指定工位點。上圖左上側(cè)為升降機安裝位置，用于將樓層2的原片玻璃輸送至樓層1進行后續(xù)加工處理。
玻璃原片自動搬運系統(tǒng)的主要任務(wù)，即智能調(diào)度自動搬運車AGV高效地將上料點的玻璃原片輸送至升降機。當(dāng)升降機或機械手出現(xiàn)故障時將玻璃原片物料輸送至線邊庫緩沖區(qū)，當(dāng)AGV電量低時提醒充電區(qū)充電。
當(dāng)搬運任務(wù)空閑時調(diào)度AGV返回待命區(qū)等待任務(wù)。同時，調(diào)度室內(nèi)的AGVs系統(tǒng)需對車間內(nèi)各設(shè)備狀態(tài)進行實時監(jiān)測。因此，結(jié)合車間原有的生產(chǎn)線設(shè)備空間布局，需對自動搬運系統(tǒng)各功能區(qū)進行劃分。
根據(jù)玻璃原片輸送線的位置，將AGV待命區(qū)設(shè)置在玻璃原片上料點附近，便于快速響應(yīng)AGVs系統(tǒng)下發(fā)的玻璃原片托盤搬運任務(wù)，如圖1中的右上側(cè)和右下側(cè)?？紤]到上料點的玻璃原片托盤裝載速度可能高于輸送速速，在上料點和AGVd待命區(qū)附近規(guī)劃了兩個托盤/貨料緩沖線邊庫區(qū)域1和區(qū)域2，如圖1右上側(cè)和右下側(cè)。同時，考慮到升降機繁忙或出現(xiàn)故障影響到玻璃原片的輸送，在升降機一側(cè)規(guī)劃了貨料緩沖線邊庫區(qū)域3。根據(jù)玻璃原片輸送線的位置，規(guī)劃的AGV充電區(qū)位于上圖右側(cè)中間位置，AGVs調(diào)度室位于靠近玻璃原片輸送線的左側(cè)中間位置。
（3）玻璃原片物料輸送流程
如圖所示為AGVs中央調(diào)度控制系統(tǒng)與各互聯(lián)設(shè)備之間的組織架構(gòu)關(guān)系示意圖，互聯(lián)設(shè)備包括兩臺搬運車AGV-1和AGV-2，四臺碼垛機械手，一臺升降機。中央調(diào)度管理系統(tǒng)和各設(shè)備之間通過TCP/IP實現(xiàn)任務(wù)下發(fā)和狀態(tài)報送顯示。
圖2 互聯(lián)設(shè)備組織架構(gòu)圖
其中，搬運車AGV的主要任務(wù)事件包括待命區(qū)待命、啟動到上料點自動與托盤對接并將物料送至升降機、啟動送空托盤至上料點、路徑避讓、狀態(tài)無線報文推送至中央調(diào)度控制系統(tǒng)。
碼垛機械手的主要任務(wù)事件包括等待任務(wù)、抓取原片玻璃并放置物料工位點、狀態(tài)無線報文推送至中央調(diào)度控制系統(tǒng)。
升降機的主要任務(wù)事件包括等待任務(wù)、執(zhí)行升降任務(wù)、狀態(tài)無線報文推送至中央調(diào)度控制系統(tǒng)。
主要的玻璃原片和托盤輸送流程如下：
（1） 上料點玻璃原片輸送：
上料點碼垛機械手裝滿玻璃原片托盤->機械手無線報文請求發(fā)送至中央調(diào)度控制系統(tǒng)->中央調(diào)度控制系統(tǒng)下發(fā)指令給搬運車AGV->搬運車AGV待命區(qū)出發(fā)至上料點->搬運車 AGV協(xié)調(diào)避讓->搬運車AGV1搬運物料至升降機指定工位點 ->升降機執(zhí)行升降任務(wù)->搬運車AGV1返回待命區(qū)。輸送線緩沖區(qū)玻璃原片托盤裝滿時，輸送流程與此相同。
圖3上料點玻璃原片輸送流程圖
（2） 玻璃原片空托盤輸送
碼垛機械手裝滿玻璃原片托盤->機械手無線報文請求發(fā)送至中央調(diào)度控制系統(tǒng)->中央調(diào)度控制系統(tǒng)下發(fā)指令給搬運車AGV2->搬運車AGV2待命區(qū)出發(fā)至空托盤緩沖區(qū) ->搬運車 AGV協(xié)調(diào)避讓->搬運車AGV2空托盤送至上料點->搬運車AGV返回待命區(qū)。當(dāng)輸送線緩沖區(qū)玻璃原片托盤裝滿時，空托盤配送至輸送線緩沖區(qū)。
圖5 上料點玻璃原片輸送至線邊庫緩沖區(qū)流程圖
（4） 線邊庫緩沖區(qū)玻璃原片輸送至升降機
線邊庫緩沖區(qū)有待輸送玻璃原片且搬運車AGV處于空閑狀態(tài)->中央調(diào)度控制系統(tǒng)下發(fā)無線報文指令至搬運車AGV->搬運車AGV待命區(qū)出發(fā)至線邊庫緩沖區(qū)->搬運車 AGV協(xié)調(diào)避讓->搬運車AGV搬運物料至升降機指定工位點->升降機執(zhí)行升降任務(wù)->搬運車AGV返回待命區(qū)
圖6線邊庫緩沖區(qū)玻璃原片輸送至升降機流程圖
效率計算：
根據(jù)上料點、AGV待命區(qū)和升降機在車間的位置關(guān)系，同時結(jié)合搬運車AGV的運行速度和碼垛機械手上料速度，對AGVs系統(tǒng)處理能力進行效率計算。
每個碼垛機械手完成單個托盤玻璃原片的時間為40分鐘，四臺機械手同時工作則每10分鐘有一玻璃原片托盤待搬運。搬運車AGV1搬運物料的最長單程時間過程為從待命區(qū)域2運行至輸送線2上料點，并沿運行路線將玻璃原片送至升降機工位點，完成任務(wù)后返回待命區(qū)域1，此時搬運車AGV2將空托盤送至上料點并停靠在待命區(qū)域2。搬運車AGV1單程最長時間過程分為如下幾個階段：
1. 搬運車AGV待命區(qū)2運行至輸送線2下料點：時間為7*2+25=39s
2. 上料點取貨：時間為6s
3. 搬運車AGV下料點運行至升降機?？抗の稽c：時間為7*5+150=185s
4. ?？奎c放貨：時間為6 s
5. 搬運車AGV升降機?？抗の稽c運行至待命區(qū)1：時間為7+43=50s
單程最長運行時間為39+185+50=274s
搬運車AGV運行參數(shù)為：
速度：1000mm/s（空載）800mm/s（滿載）300mm/s（拐彎）
加速度： 400mm/s2
（4）AGVs中央調(diào)度控制系統(tǒng)
1、AGVs系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境及工具
系統(tǒng)環(huán)境：Windows開發(fā)工具：Microsoft Visual Studio 2015， Framework 4.5 ,數(shù)據(jù)庫：Microsoft SQL Server 2012，開發(fā)語言：C# 。
2、AGVs主要功能
AGVs是Automated Guided Vehicles System的簡寫，指AGV的集成控制系統(tǒng)。AGVs的構(gòu)成部分包括管理控制計算機，地面控制器和AGV車上控制器。
集成管理控制器：整個系統(tǒng)的控制指揮中心，它與各區(qū)域內(nèi)的地面控制器進行通信，地面控制器接受中央控制計算機的管理。
地面控制器：負(fù)責(zé)對區(qū)域內(nèi)的搬運情況進行監(jiān)控管理，如監(jiān)視現(xiàn)場AGV的狀況、AGV小車交通管制、跟蹤裝載、制定目標(biāo)站點、實時存儲AGV小車的地址并將AGV的位置與裝載物的類型、數(shù)量傳輸給區(qū)域主計算機。
AGV車上控制器：解釋并執(zhí)行從地面控制器(站)傳送來的指令，實時記錄AGV的位置，并監(jiān)控車上的安全裝置。主要有以下功能：
（1）任務(wù)管理。根據(jù)現(xiàn)場信號，對AGV進行任務(wù)調(diào)度，調(diào)度最近的空閑AGV執(zhí)行任務(wù)。
（2）交通管理。對管轄內(nèi)的所用AGV能實時的控制和管理，使AGV能夠按照規(guī)定的路徑完成任務(wù)，并且能夠相互避讓，同時保持較高的運行效率。
（3）控制管理。查詢車輛當(dāng)前位置，車輛運行狀態(tài)，線路占用、車輛報警等相關(guān)信息；檢測無線局域網(wǎng)的通信情況。
（4）畫面監(jiān)控功能。動畫顯示所有在線AGV的坐標(biāo)點顯示系統(tǒng)內(nèi)所有AGV的狀態(tài)信息如故障，任務(wù)狀態(tài)，電量狀態(tài)等等
AGVs模塊功能簡要概述：
（1）AGV任務(wù)及調(diào)度管理。模塊主要功能是合理地將AGV的搬運任務(wù)在兩個AGV之間的分配，并進行AGV行駛路徑的規(guī)劃及動態(tài)跟蹤，提高運行效率，降低能耗。
（2）機械手狀態(tài)監(jiān)測。模塊主要通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將機械手的工作狀態(tài)信息提取到AGVs系統(tǒng)，便于AGV進行任務(wù)分配。如果機械手廠家，提供故障代碼，AGVs系統(tǒng)也提供機械手故障監(jiān)測與報警功能。
（3）升降機狀態(tài)監(jiān)測。模塊主要功能也是通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將升降機的工作狀態(tài)信息提取到AGVs系統(tǒng)，協(xié)調(diào)AGV小車的任務(wù)分配。同樣，如果升降機廠家提供故障代碼，AGVs系統(tǒng)也提供升降機故障監(jiān)測與報警功能。
（4）生產(chǎn)節(jié)拍協(xié)同。模塊主要功能是根據(jù)AGV、機械手、升降機及輸送線的各自工作節(jié)拍，合理地調(diào)度設(shè)備運行，并及時向各個設(shè)備通報整個物料系統(tǒng)的狀態(tài)，以免發(fā)生物料轉(zhuǎn)堵，提高整個物料輸送系統(tǒng)的效率，降低事故發(fā)生率。
（5）設(shè)備組網(wǎng)。模塊主要功能是將涉及到物料輸送與搬運的各設(shè)備，連接組建工業(yè)級局域網(wǎng)，并保證通信可靠。
（6）權(quán)限管理。模塊主要功能是防止無授權(quán)人員隨意操作AGVs系統(tǒng)，導(dǎo)致系統(tǒng)或設(shè)備故障，只有系統(tǒng)授權(quán)人員方可操作系統(tǒng)。
4、工業(yè)級設(shè)備無線組網(wǎng)方案
實現(xiàn)各類設(shè)備的集中管理和有序調(diào)度，突破距離限制的有效方法是組建工業(yè)級設(shè)備無線網(wǎng)，AGVs采用如下圖7所示的組網(wǎng)方案。
圖7 工業(yè)級設(shè)備組網(wǎng)架構(gòu)圖
組網(wǎng)簡要說明：
在A-H處加裝IR615-S-EN00-WLAN設(shè)備（AP接入點），其中在D位置聯(lián)網(wǎng)設(shè)備做核心AP（工業(yè)級路由器）， 其它節(jié)點做WDS接入，這樣保證A-H設(shè)備處于一個局域網(wǎng)內(nèi)。
如果機械手和升降機沒有網(wǎng)絡(luò)通信接口，就采用協(xié)議轉(zhuǎn)換器，將機械手和升降機的串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，接入局域網(wǎng)。
（5）車型選擇及導(dǎo)航
為保證玻璃原片自動搬運系統(tǒng)的高可靠性，自動搬運車AGV車體采用平衡重式叉車AGV,該車具有工作效率高、成本低、可靠性高、人機工效設(shè)計好等一系列優(yōu)異性能，最大負(fù)載為3500kg，能夠滿足實際應(yīng)用需求。
采用自主開發(fā)的二維碼視覺和慣性融合導(dǎo)航控制系統(tǒng)。相較于磁帶導(dǎo)航系統(tǒng)存在的路徑布置缺乏柔性，二維碼/慣導(dǎo)混合導(dǎo)航方式路徑配置柔性高，路徑可隨中央調(diào)度系統(tǒng)隨意更改。不僅如此，該導(dǎo)航方式的AGV運行速度高于磁帶導(dǎo)航方式。相較于激光導(dǎo)航高成本的特點，二維碼/慣導(dǎo)混合導(dǎo)航方式低成本且精度高是其最大的優(yōu)點，且其對慣性導(dǎo)航傳感器的精度要求不高，從而大大降低了成本。圖8為二維碼/慣導(dǎo)混合導(dǎo)航控制系統(tǒng)的原理示意圖。
圖8 二維碼/慣導(dǎo)混合導(dǎo)航控制系統(tǒng)
