張家琪 劉 祺

（天津理工大學(xué)，天津，300384）

0 引言

隨著自動化物流系統(tǒng)、智能工廠的發(fā)展，自動引導(dǎo)車(Automated Guided Vehicle，AGV）作為運輸系統(tǒng)的關(guān)鍵工具之一，得到了越來越多的應(yīng)用[1]。

目前主流的AGV導(dǎo)航方式有：磁導(dǎo)航、光學(xué)導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、激光導(dǎo)航。其中，磁導(dǎo)航是一種傳統(tǒng)導(dǎo)航方式，也是目前應(yīng)用最為廣泛的導(dǎo)航方式。磁導(dǎo)航的原理是：預(yù)先在AGV的行駛路徑上敷設(shè)磁條，AGV通過磁條感應(yīng)信號實現(xiàn)導(dǎo)引。磁導(dǎo)航AGV在復(fù)雜線路下運行時，其路徑選擇以及交通控制是影響轉(zhuǎn)運效率的關(guān)鍵因素，也是運行控制中需要解決的主要問題。

1 基本信息設(shè)置

首先，需要根據(jù)AGV的運行線路、工藝流程等因素設(shè)置基本信息，主要包括點(Point）表、路徑(Path）表、任務(wù)(Task） 、區(qū)域(Area）表。

1.1 點表

1.1.1 點的分類

點用來描述AGV運行路線上的關(guān)鍵位置，根據(jù)用途，點可分為兩類：磁釘點和非磁釘點。

為了獲得AGV的位置，在AGV的運行路線上，根據(jù)需要，設(shè)置編號不同的磁釘，這種設(shè)置磁釘?shù)狞c稱為磁釘點，主要用于準(zhǔn)確停位、路由控制等；當(dāng)AGV運行到磁釘點上方時，讀取磁釘編號，就可知AGV當(dāng)前位置。磁釘點主要布置在以下位置。

1）停止點：AGV需要停止進行工作的點；

2）多任務(wù)分配點：以該點為起點的任務(wù)有多個，需要在該點根據(jù)條件分配任務(wù)；

3）AGV反向運行點： AGV在該點由正向運行轉(zhuǎn)為反向運行，或由反向運行轉(zhuǎn)為正向運行；

4）路徑三叉點；

5）路徑終點或需要交通管制的點；

6）減速點：為了在停止點停位準(zhǔn)確，根據(jù)需要在停止點的前方適當(dāng)位置設(shè)置減速點；

不設(shè)置磁釘?shù)狞c稱為非磁釘點，主要用于地圖顯示、路徑添加，設(shè)置在線路拐彎處、增加路徑處等。

1.1.2 點的主要屬性

1） 編號：點的序號，用于區(qū)別各個點；

2） X坐標(biāo)：點位置的X坐標(biāo)，用于地圖顯示和AGV位置計算和顯示；

3） Y坐標(biāo)：點位置的Y坐標(biāo)，用于地圖顯示和AGV位置計算和顯示；

4） 磁釘點：是否為磁釘點（1-磁釘點，0-非磁釘點）；

5） 叉點：是否為三叉點或十字叉點（1-叉點，0-非叉點）；

6） 加鎖區(qū)域：是否屬于某個加鎖區(qū)域（0-不屬于加鎖區(qū)域，非0-加鎖區(qū)域編號）；叉點與加鎖區(qū)域不能同時設(shè)置；

7） 叉點加鎖標(biāo)志：叉點時，是否已被AGV加鎖（1-已被加鎖，0-未被加鎖）；

8） 叉點加鎖AGV編號：叉點被AGV加鎖時，對應(yīng)的AGV編號（0-未被加鎖，非0-AGV編號）；

9） 工位點加鎖標(biāo)志：若該點是任務(wù)終點，是否已被AGV加鎖（1-已被加鎖，0-未被加鎖）。

需要注意的是，上述屬性第1）-6）項的屬性值需要預(yù)先定義；屬性第7）-9）項在運行控制過程中動態(tài)寫入。

1.2 路徑表

路徑指以相鄰的兩個點為端點的有向線段，路徑有起點、終點；起點、終點相反的路徑互為反向路徑，也稱雙向路徑。路徑的主要屬性如下。

1） 編號：路徑的序號，用于區(qū)別各個路徑；

2） 起點：路徑起點編號；

3） 終點：路徑終點編號；

4） 長度：路徑長度；

5） 車頭方向：AGV在路徑上運行時的車頭方向；AGV車頭方向與路徑方向一致時，為正向前進；否則，為反向后退（1-正向，0-反向）；

6） 轉(zhuǎn)向（左中右）：當(dāng)路徑終點為三叉點時，轉(zhuǎn)向為左或右；當(dāng)路徑終點為非三叉點時，轉(zhuǎn)向為中；

7） 速度：AGV在路徑上的運行速度；

8） 反向路徑：當(dāng)前路徑的反向路徑編號（0-無反向路徑，非0-反向路徑編號）；

9） 象限：當(dāng)路徑為圓弧時,圓弧相對于圓心所在的象限，這用于計算AGV在圓弧上的位置和方向（0-直線，1~4-象限）；

10）雙向加鎖標(biāo)志：雙向路徑時，是否已被AGV加鎖（1-已被加鎖，0-未被加鎖）；

11）雙向加鎖AGV編號：雙向路徑被AGV加鎖時，對應(yīng)的AGV編號（0-未被加鎖，非0-AGV編號）。

需要注意的是，上述屬性第1）-9）項的屬性值需要預(yù)先定義；屬性第10）-11）項在運行控制過程中動態(tài)寫入。

1.3 任務(wù)表

任務(wù)由多個依次相連的路徑組成，也可理解為由多個依次相連的點組成，表示AGV運行路線。任務(wù)的主要屬性如下。

1） 起點：要求為磁釘點；

2） 中間點1~中間點10：（0-不使用或無，非0-中間點編號）；

3） 終點：要求為磁釘點；

4） 終點停止：AGV到達任務(wù)終點時是否停止進行等待；

5） 終點加鎖：任務(wù)終點是否需要加鎖（1-需要加鎖，0-不需要加鎖）；

6） 解鎖點：到達該點時，是否解鎖任務(wù)起點；用于特殊工位點交通控制。

需要注意的是，上述屬性的屬性值需要預(yù)先定義。

1.4 區(qū)域表

把兩個或多個相鄰的點定義為一個區(qū)域；用于交通管制。

區(qū)域的主要屬性如下：

1） 編號：區(qū)域的序號，用于區(qū)別各個區(qū)域；

2） 區(qū)域加鎖標(biāo)志：區(qū)域是否已被AGV加鎖（1-已被加鎖，0-未被加鎖）；

3） 區(qū)域加鎖AGV編號：當(dāng)區(qū)域被AGV加鎖時，對應(yīng)的AGV編號（0-未被加鎖，非0-AGV編號）。

1.5 示例

本示例取某新能源汽車電池檢測線路的一部分并簡化為例進行說明，如圖1所示。

圖1 新能源汽車電池檢測線簡化圖

示例圖工作流程說明如下：

1） 點03：待測電池裝載點；

2） 點09：任務(wù)分配點，根據(jù)點21、24的使用情況進行分配或等待；

3） 點21、24：電池檢測點，檢測完成后，根據(jù)檢測結(jié)果（合格、不合格）和點26的使用情況進行分配或等待，檢測合格時到點02結(jié)束下線，檢測不合格且點26空閑時到點26進行維修，檢測不合格且點26忙時等待點26空閑；

4） 點26：電池維修點，維修完成后，需要再次進行檢測，根據(jù)點21、24的使用情況進行分配或等待；

5） 點02：檢測完成電池卸載點。

根據(jù)工作流程，任務(wù)路徑配置如下：

2 任務(wù)分配

一個任務(wù)執(zhí)行完成，自動分配新任務(wù)，實現(xiàn)AGV的路徑選擇和自動連續(xù)運行。

2.1 任務(wù)分配時機

根據(jù)任務(wù)屬性“終點停止”確定任務(wù)分配時機；當(dāng)終點停止時，AGV到達任務(wù)終點停止等待放行信號，再分配新任務(wù)；當(dāng)終點不停止時，AGV進入任務(wù)的最后路徑開始分配新任務(wù)。

2.2 任務(wù)分配方式

根據(jù)任務(wù)終點確定任務(wù)分配方式；當(dāng)以該點為任務(wù)起點的任務(wù)有多個時，稱為多任務(wù)，需要根據(jù)條件進行邏輯判斷再進行分配。這部分邏輯判斷可以根據(jù)項目編寫特定程序?qū)崿F(xiàn)，也可以采用“通用程序+參數(shù)配置”方式實現(xiàn)。當(dāng)以該點為任務(wù)起點的任務(wù)只有一個，稱為單任務(wù)，編寫通用程序?qū)崿F(xiàn)。在實際項目應(yīng)用中，大部分任務(wù)為單任務(wù)。

3 任務(wù)運行

控制AGV的基本命令有前進、后退、停止、速度、轉(zhuǎn)向（左中右）。這些基本命令的參數(shù)設(shè)置在路徑中，不同的路徑可以設(shè)置不同的命令參數(shù)。

AGV實時反饋最新經(jīng)過的磁釘編號以及經(jīng)過該磁釘后運行的距離，任務(wù)運行邏輯根據(jù)這兩個實時反饋值，確定AGV所在的路徑，然后根據(jù)路徑的命令參數(shù)及外界條件，控制AGV運行。

3.1 叉點交通控制

叉點是一種特殊的點，分為三叉點和十字叉點；圖1中點18為三叉點；點10為十字叉點。

當(dāng)兩個AGV同時進入叉點時，會觸發(fā)AGV雷達報警，造成障礙停止；為了避免這一情況發(fā)生，采用叉點獨占方式進行交通控制。

叉點控制邏輯如下：

1）若終點不是叉點，則繼續(xù)行駛；

2）若終點是叉點且未被加鎖，則加鎖終點；

3）若終點是叉點且被本AGV加鎖，則繼續(xù)行駛；

4）若終點是叉點且被其他AGV加鎖，則停止等待；

5）當(dāng)AGV到達路徑終點時，若路徑起點是叉點且被當(dāng)前AGV鎖定，則解鎖起點；

例如圖1中任務(wù)T4，當(dāng)?shù)竭_點22時，加鎖點18；當(dāng)?shù)竭_點19時，解鎖點18。

3.2 區(qū)域交通控制

由于AGV尺寸和路徑長度的原因，當(dāng)某一區(qū)域線路復(fù)雜，利用叉點交通控制不能滿足要求時，可以把多個點定義為一個區(qū)域，使用區(qū)域加鎖的方法進行控制。

區(qū)域控制邏輯如下。

1） 若路徑終點不屬于區(qū)域，則繼續(xù)行駛；

2） 若路徑終點屬于某個區(qū)域且該區(qū)域未被加鎖，則加鎖該區(qū)域；

3） 若路徑終點屬于某個區(qū)域且該區(qū)域被本AGV加鎖，則繼續(xù)行駛；

4） 若路徑終點屬于某個區(qū)域且該區(qū)域被其他AGV加鎖，則停止等待；

5） 當(dāng)AGV到達路徑終點且路徑終點不屬于該區(qū)域時，若路徑起點屬于某個區(qū)域且該區(qū)域被本AGV加鎖，則解鎖該區(qū)域；

在圖1中，點10、11、20組成區(qū)域定義為A1，點10、11、20的屬性“加鎖區(qū)域”都設(shè)為A1。例如任務(wù)T2，當(dāng)?shù)竭_點09時，加鎖區(qū)域A1；當(dāng)?shù)竭_點21時，解鎖區(qū)域A1。

3.3 特殊工位點交通控制

某些工位點不允許兩個或多個AGV同時進入；為了避免同時進入而造成的錯誤，采用工位點獨占方式進行交通控制。在圖1中，點21、24、26屬于這類特殊工位點。

1） 特殊工位點加鎖。

AGV在任務(wù)分配時，查找符合條件且任務(wù)終點未加鎖的任務(wù)，若找到，則加鎖任務(wù)終點，并為AGV分配該任務(wù)。

例如圖1中假設(shè)AGV在點21電池檢測不合格需要維修，則任務(wù)T5滿足條件，若任務(wù)T5的終點26未被加鎖，則加鎖點26，并為AGV分配任務(wù)T5；否則，等待。

2） 特殊工位點解鎖。

當(dāng)AGV當(dāng)前任務(wù)執(zhí)行完成，到達任務(wù)終點時，不能立即解鎖任務(wù)終點，要確保AGV執(zhí)行新任務(wù)離開并和另一進入的AGV不發(fā)生碰撞時，才能解鎖。為了解決這一問題，采用在任務(wù)屬性中設(shè)置解鎖點的方法：當(dāng)AGV離開到達解鎖點時，解鎖任務(wù)起點。

圖1中以點26為起點的任務(wù)分別為T8、T9 、T10、T11，在這些任務(wù)中分別設(shè)置解鎖點為點15。這樣，當(dāng)AGV執(zhí)行這些任務(wù)，到達點15時解鎖任務(wù)起點26。

3.4 雙向交通控制

當(dāng)兩輛AGV沿互為反向的路徑相對行駛時，如果不加控制，將產(chǎn)生交通堵塞。例如圖1中，對于任務(wù)T3和T10，點11和點13之間的路徑為需要雙向交通控制的路徑。

解決雙向交通控制的問題有兩種方法：一是在設(shè)計路線和任務(wù)時盡量減少或避免這種情況發(fā)生，這樣可以減少AGV互相等待的時間；二是通過交通控制的方法解決，其控制邏輯如下。

1） 若下一路徑不是雙向路徑，則繼續(xù)行駛；

2） 若下一路徑是雙向路徑且未被加鎖，同時所有未完成路徑中的雙向路徑的反向路徑均未加鎖時，對所有未完成路徑中的雙向路徑加鎖；否則，停止等待：

3） 若下一路徑是雙向路徑且被本AGV加鎖，則繼續(xù)行駛；

4） 若下一路徑是雙向路徑且被其他AGV加鎖，則停止等待；

5） 當(dāng)AGV到達路徑終點時，若當(dāng)前路徑是雙向路徑，則解鎖當(dāng)前路徑。

4 地圖顯示

4.1 計算AGV坐標(biāo)及角度

為了計算簡單，路徑只有直線路徑和標(biāo)準(zhǔn)四分之一圓弧路徑兩種；AGV實時反饋最新磁釘編號以及經(jīng)過該磁釘后運行的距離，根據(jù)這兩個實時反饋值，確定AGV所在的路徑、坐標(biāo)值及角度。

為了計算AGV在圓弧路徑上的坐標(biāo)和方向，需要在路徑屬性中定義圓弧相對于圓心所在的象限。

4.2 地圖顯示

為了在顯示器或觸摸屏上顯示地圖及AGV，需要把上面計算的實際坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為顯示器坐標(biāo)。其轉(zhuǎn)換公式如下：

M_X= (Act_X- LD_X）* M_W/ Act_W；

M_Y= M_H- (Act_Y- LD_Y）* M_H/ Act_H。

公式中各參數(shù)含義如下：

Act_X、ACt_Y：實際坐標(biāo)；

Act_W、Act_H：運行路線的實際大?。?/p>

LD_X、LD_Y：運行路線左下角坐標(biāo)；

M _X、M_Y：顯示屏顯示坐標(biāo)；

M_W、M_H：顯示屏分辨率。

5 結(jié)束語

AGV在復(fù)雜線路下按照工藝要求合理順暢地運行是AGV運行控制系統(tǒng)的重要內(nèi)容。同時，AGV運行控制系統(tǒng)也要實時反饋AGV的運行狀態(tài)，特別是當(dāng)AGV停止運行時，要反饋停止運行的原因。