對基于多臺AGV調度的物流分揀系統分析

馮子馨　張云鳳　邵乾虔

摘 要：物流是電商行業的發展支柱，而物流分揀效率的好與壞，對其行業發展的情況產生著直接影響，各個企業需要對其提高重視程度。文章根據以往工作經驗，對多臺AGV調度的物流分揀系統總體設計以及路徑規劃方法進行總結，并從上位機系統軟件的實現、下位機系統軟件的實現、系統硬件實現、系統整體運行分析四方面，論述了整個系統的實現與分析。

關鍵詞：AGV調度；物流分揀系統；系統硬件

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。在實際工業發展發過程中，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物流分揀系統總體設計

1.1 快速分揀機器人設計

AGV設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的機械結構、控制方法等與其他模塊并不相同。根據具體的物流行業要求，分揀機器人需要滿足以下指標數據：首先，分揀速度需達到2m/s；其次，在運動控制上，應實現前進、后退和左右轉彎，其中還包括直角轉彎等形態；再次，有導航和定位功能，這樣，整個系統便能自動向前行走，實現路徑中位置的有效確定。另外，在整個系統應用上，還需要設計應急功能，當檢測到障礙物時，應停止相關工作，避免安全事故的出現。最后是管理調度功能，執行上位機系統中的指令，如停止、轉向等。整個視頻系統的安裝主要涉及攝像頭、圖像處理器及照明系統等，通過這些裝置，分揀機器人能夠實現自主導航和定位。無線通訊系統主要負責分揀機器人和上位機系統間的信息交換，為后續工作的開展提供條件。

1.2 AGV控制模塊和數據管理模塊

AGV控制模塊具備調度指令轉化和狀態管理功能，這些功能可以讓分揀機器人對指令信息內容進行識別。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，并給其他模塊的工作提供有效支持。人們可以通過數據模塊管理，實現分揀監控信息入庫功能。從整體看，該數據庫主要有兩方面信息，一個是包裹對應的物流信息，另一個是分揀監控信息。在識別條形碼信息之后，系統將其傳遞給上位機系統，通過數據庫查詢找到相對應的物流信息，最終獲得包裹數據。除此之外，數據庫模塊還要將監控信息存儲到數據庫中。

1.3 供件系統設計

供件系統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，將其轉移到傳送帶上。每個分揀入口的機械臂都處于工作狀態，將快遞運到托盤上。由于技術所限，本文沒有對供件系統進行深入研究，只是利用人工代替供件系統將包裹放到分揀機器人上[1]。

2 多AGV路徑規劃方法研究

2.1 基于靜態確定網絡的局限性

在整個AGV物流分揀系統中，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，分揀入口在設計時需符合以下規則：入口1應以單向行駛為主，行駛方向為節點10到節點5；入口2同樣以單向行駛為主，方向為節點10到節點15。從該實驗中可以看出，研究人員可設計耗費的固定值。在整個實驗過程中，分揀機器人的實際耗費及路徑規劃信息均有記錄，數據內容如表1所示。

2.2 動態隨機網絡的路徑規劃方法

從上述分析中可得，靜態確定網絡路徑規劃有很大的局限性。因此，在具體路徑規劃上，應將AGV物流分揀系統的科學性展示出來。首先，在路徑規劃和模擬上，可將其看作是一個無向非循環網絡，用G表示，即G={V，E，W（t）}，其中，V代表節點集合，可與AGV物流分揀系統中的路徑網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}，主要與路徑網絡中的路段相對應。動態隨機網絡路徑規劃能夠將實際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，即通過分揀機器人獲取的信息使上位機系統得到其具體位置。因而，上位機系統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，將信息發送到上位機系統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 整個系統的實現與分析

3.1 上位機系統軟件的實現

上位機系統軟件主要以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實現繁瑣工作，解決業務邏輯層和其他各層的耦合問題。上位機系統軟件需要與300臺分揀機器人實現同時通訊，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也能在界面開發之中發揮作用，利用很少的代碼便能實現模塊化的重新組建，并將信息顯示界面的優勢呈現出來。

3.2 下位機系統軟件的實現

整個下位機系統軟件有兩部分組成，即Jetson TK1系統和Arduino系統軟件。整個視頻系統采集圖像經過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。該系統內容還包括上位機系統通訊及解析指令等功能。在圖像處理上，OpenCV發揮了重要作用，該結構主要是以BSD為主，所構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 系統硬件實現

該實驗的實驗場地規格為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，方向為節點10到節點5，分揀入口2同樣為單向行駛，方向為節點10到節點15。此過程中，還涉及到一些硬件設備，如筆記本電腦、無線路由器等。筆記本電腦提供運行場所，無線路由器構建無線局域網絡，為后續工作提供便利條件[3]。

3.4 系統整體運行分析

通過搭建無線局域網，筆記本和分揀機器人均可迅速進入無線局域網中，根據固定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，并根據視覺導航和定位獲取信息，將信息傳回上位機系統。此時，上位機系統由交通管制算法，實現對分揀機器人的有效調度。

4 結束語

綜上所述，通過對多AGV系統的研究發現，現有的視覺導航及多AGV路徑規劃中存在很多問題，無法與多AGV物流分揀系統相適應。因此，文中提出了基于編碼標志的定位方法，該方法可彌補現有的視覺導航定位系統的缺陷，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[J].山東工業技術，2018（16）：115.

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

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