馮子馨　張云鳳　邵乾虔

摘 要：物流是電商行業(yè)的發(fā)展支柱，而物流分揀效率的好與壞，對其行業(yè)發(fā)展的情況產(chǎn)生著直接影響，各個企業(yè)需要對其提高重視程度。文章根據(jù)以往工作經(jīng)驗，對多臺AGV調(diào)度的物流分揀系統(tǒng)總體設(shè)計以及路徑規(guī)劃方法進行總結(jié)，并從上位機系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)、下位機系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)、系統(tǒng)硬件實現(xiàn)、系統(tǒng)整體運行分析四方面，論述了整個系統(tǒng)的實現(xiàn)與分析。

關(guān)鍵詞：AGV調(diào)度；物流分揀系統(tǒng)；系統(tǒng)硬件

中圖分類號：TH691 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）03-0035-02

Abstract： Logistics is the pillar of the development of e-commerce industry， and the efficiency of logistics sorting has a direct impact on the development of the industry， so each enterprise needs to pay more attention to it. Based on the previous work experience， this paper summarizes the overall design and path planning method of logistics sorting system for multiple AGV scheduling. The realization and analysis of the whole system are discussed from four aspects： the realization of the upper computer system software， the realization of the lower computer system software， the realization of the system hardware， and the analysis of the whole system operation.

Keywords： AGV scheduling； logistics sorting system； system hardware

前言

AGV機器人具備很強的特殊性，自身安裝有電磁導引裝置以及導引軌道實現(xiàn)正常行駛，而且還有貨物運載以及自主處理能力。在實際工業(yè)發(fā)展發(fā)過程中，一般會將多個AGV機器人組合在一起使用，代替人類完成更多負載的操作。從多AGV物流分揀系統(tǒng)應用角度來說，整個工作時間并不會受到任何限制，分揀的差錯率較低，進一步提升了物流分揀效率。

1 多AGV物流分揀系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 快速分揀機器人設(shè)計

AGV設(shè)計工作的開展需要以實際用途情況為主，由于用途不同，整個AGV的機械結(jié)構(gòu)、控制方法等與其他模塊并不相同。根據(jù)具體的物流行業(yè)要求，分揀機器人需要滿足以下指標數(shù)據(jù)：首先，分揀速度需達到2m/s；其次，在運動控制上，應實現(xiàn)前進、后退和左右轉(zhuǎn)彎，其中還包括直角轉(zhuǎn)彎等形態(tài)；再次，有導航和定位功能，這樣，整個系統(tǒng)便能自動向前行走，實現(xiàn)路徑中位置的有效確定。另外，在整個系統(tǒng)應用上，還需要設(shè)計應急功能，當檢測到障礙物時，應停止相關(guān)工作，避免安全事故的出現(xiàn)。最后是管理調(diào)度功能，執(zhí)行上位機系統(tǒng)中的指令，如停止、轉(zhuǎn)向等。整個視頻系統(tǒng)的安裝主要涉及攝像頭、圖像處理器及照明系統(tǒng)等，通過這些裝置，分揀機器人能夠?qū)崿F(xiàn)自主導航和定位。無線通訊系統(tǒng)主要負責分揀機器人和上位機系統(tǒng)間的信息交換，為后續(xù)工作的開展提供條件。

1.2 AGV控制模塊和數(shù)據(jù)管理模塊

AGV控制模塊具備調(diào)度指令轉(zhuǎn)化和狀態(tài)管理功能，這些功能可以讓分揀機器人對指令信息內(nèi)容進行識別。此外，AGV控制模塊是分揀機器人的模型，管理分揀機器人的實時狀態(tài)，并給其他模塊的工作提供有效支持。人們可以通過數(shù)據(jù)模塊管理，實現(xiàn)分揀監(jiān)控信息入庫功能。從整體看，該數(shù)據(jù)庫主要有兩方面信息，一個是包裹對應的物流信息，另一個是分揀監(jiān)控信息。在識別條形碼信息之后，系統(tǒng)將其傳遞給上位機系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)庫查詢找到相對應的物流信息，最終獲得包裹數(shù)據(jù)。除此之外，數(shù)據(jù)庫模塊還要將監(jiān)控信息存儲到數(shù)據(jù)庫中。

1.3 供件系統(tǒng)設(shè)計

供件系統(tǒng)主要由傳送帶和機械臂等組成，貨車可將包裹直接運送到分揀中心，再由工人拆開包裝，將其轉(zhuǎn)移到傳送帶上。每個分揀入口的機械臂都處于工作狀態(tài)，將快遞運到托盤上。由于技術(shù)所限，本文沒有對供件系統(tǒng)進行深入研究，只是利用人工代替供件系統(tǒng)將包裹放到分揀機器人上[1]。

2 多AGV路徑規(guī)劃方法研究

2.1 基于靜態(tài)確定網(wǎng)絡的局限性

在整個AGV物流分揀系統(tǒng)中，分揀機器人可將包裹從分揀入口搬運到出口，人們需對分揀場景進行仿真實驗模擬，如圖1所示。該系統(tǒng)有兩個分揀入口和四個分揀出口，由于場地受限，分揀入口在設(shè)計時需符合以下規(guī)則：入口1應以單向行駛為主，行駛方向為節(jié)點10到節(jié)點5；入口2同樣以單向行駛為主，方向為節(jié)點10到節(jié)點15。從該實驗中可以看出，研究人員可設(shè)計耗費的固定值。在整個實驗過程中，分揀機器人的實際耗費及路徑規(guī)劃信息均有記錄，數(shù)據(jù)內(nèi)容如表1所示。

2.2 動態(tài)隨機網(wǎng)絡的路徑規(guī)劃方法

從上述分析中可得，靜態(tài)確定網(wǎng)絡路徑規(guī)劃有很大的局限性。因此，在具體路徑規(guī)劃上，應將AGV物流分揀系統(tǒng)的科學性展示出來。首先，在路徑規(guī)劃和模擬上，可將其看作是一個無向非循環(huán)網(wǎng)絡，用G表示，即G={V，E，W（t）}，其中，V代表節(jié)點集合，可與AGV物流分揀系統(tǒng)中的路徑網(wǎng)絡中路段交點相對應；E代表弧集合，表示形式為：E={（i，j）i，j∈V}，主要與路徑網(wǎng)絡中的路段相對應。動態(tài)隨機網(wǎng)絡路徑規(guī)劃能夠?qū)嶋H耗費的路段選擇情況展示出來，所以整個路段的使用情況不會過高，更不會出現(xiàn)分揀機等待某條路段等問題[2]。

2.3 交通管制

交通管制的基本算法如下：在路徑網(wǎng)絡之中布置不同形式的編碼標志，讓分揀機器人在行駛時讀取編碼標志，并將信息上傳到上位機系統(tǒng)，即通過分揀機器人獲取的信息使上位機系統(tǒng)得到其具體位置。因而，上位機系統(tǒng)便可由分揀機器人的位置情況為其分配合理的路徑。在沖突問題解決上，主要以編碼標志的應用為主。分揀機器人上安裝的攝像頭以傾斜安裝為主，可提前檢測編碼標志，將信息發(fā)送到上位機系統(tǒng)中來指引在前方編碼標志處是停止還是前進，并精確到編碼標志的正上方。

3 整個系統(tǒng)的實現(xiàn)與分析

3.1 上位機系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)

上位機系統(tǒng)軟件主要以Java語言為主，從微服務框架搭建角度來說，研究人員可應用Spring Boot實現(xiàn)繁瑣工作，解決業(yè)務邏輯層和其他各層的耦合問題。上位機系統(tǒng)軟件需要與300臺分揀機器人實現(xiàn)同時通訊，對實時性要求極高，此時，人們可利用Nettv框架將各種問題解決。Swing也能在界面開發(fā)之中發(fā)揮作用，利用很少的代碼便能實現(xiàn)模塊化的重新組建，并將信息顯示界面的優(yōu)勢呈現(xiàn)出來。

3.2 下位機系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)

整個下位機系統(tǒng)軟件有兩部分組成，即Jetson TK1系統(tǒng)和Arduino系統(tǒng)軟件。整個視頻系統(tǒng)采集圖像經(jīng)過Jetson TK1處理之后，讓分揀機器人獲取更多的編碼信息，之后通過串口將信息傳遞到Arduino之中，再通過PID以及偏差信息控制對路線進行確認。該系統(tǒng)內(nèi)容還包括上位機系統(tǒng)通訊及解析指令等功能。在圖像處理上，OpenCV發(fā)揮了重要作用，該結(jié)構(gòu)主要是以BSD為主，所構(gòu)建出的計算機視覺庫，為視覺處理工作提供了很多通用算法。

3.3 系統(tǒng)硬件實現(xiàn)

該實驗的實驗場地規(guī)格為2.4m*4.8m，編碼標志之間的間隔為60cm。在該實驗場地之中，設(shè)計兩個分揀入口和四個分揀出口，分揀入口1的行駛形式為單向行駛，方向為節(jié)點10到節(jié)點5，分揀入口2同樣為單向行駛，方向為節(jié)點10到節(jié)點15。此過程中，還涉及到一些硬件設(shè)備，如筆記本電腦、無線路由器等。筆記本電腦提供運行場所，無線路由器構(gòu)建無線局域網(wǎng)絡，為后續(xù)工作提供便利條件[3]。

3.4 系統(tǒng)整體運行分析

通過搭建無線局域網(wǎng)，筆記本和分揀機器人均可迅速進入無線局域網(wǎng)中，根據(jù)固定IP修改通訊模塊中的服務器IP。在此過程中，上位機軟件系統(tǒng)需要在筆記本電腦上成功運行，隨后進行分揀機器人的開機工作。通過初始化運行，上位機系統(tǒng)接收到相應的信號，分揀機器人做好前往分揀入口的準備，并對其路徑進行優(yōu)化。其次，分揀機器人接受到路徑信息啟動后，對路中的編碼標志進行實時檢測，并根據(jù)視覺導航和定位獲取信息，將信息傳回上位機系統(tǒng)。此時，上位機系統(tǒng)由交通管制算法，實現(xiàn)對分揀機器人的有效調(diào)度。

4 結(jié)束語

綜上所述，通過對多AGV系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的視覺導航及多AGV路徑規(guī)劃中存在很多問題，無法與多AGV物流分揀系統(tǒng)相適應。因此，文中提出了基于編碼標志的定位方法，該方法可彌補現(xiàn)有的視覺導航定位系統(tǒng)的缺陷，為分揀工作提供了有利條件。

參考文獻：

[1]韓瀟，張煒昊，侯甲童.一種基于AGV小車的智能物流分揀系統(tǒng)[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（16）：115.

[2]張廣會，敖黎明，劉玉絨.面向物流分揀行業(yè)的設(shè)備遠程管理及巡檢系統(tǒng)[J].物流科技，2018，41（07）：52-54.

[3]曹中浩，劉俊辰，李希文.基于混聯(lián)機構(gòu)的新型物流分揀機器人機構(gòu)研究[J].機械制造與自動化，2018，47（01）：170-172.