AGVS是自動化物流系統中的核心組件之一，在生產線的各組成部分之間起到了銜接樞紐的作用，隨著工業生產自動化程度提高，AGVS的應用發展前景廣闊。本文針對造紙行業對AGVS功能的需求，對系統規劃設計進行了總結，并依據實際的項目需求，對路徑規劃部分進行了優化，實現了在已經規劃好全局路線的情況下進行動態避障的功能，更好地優化了系統效率與安全性。

AGVS是“自動導引車系統”的簡稱，具有工作效率高、結構簡單、可控性強、安全性好等優點。AGV是集機械裝置、電控設備、安全防撞設備、數據信息采集傳感器、現場總線等技術于一體的集成化智能物流搬運設備，在車身上可以擴展添加其他功能，如機械手、滾筒、電子秤平臺等。在上位機調度規劃下，令AGV按其規劃好的路徑進行路徑跟蹤，精準達到目的站臺并執行取卸貨的要求，實現取卸貨搬運等作業功能。在自動化物流系統中，AGVS最能充分地體現其自動性和柔性，實現高效、經濟和靈活的無人化作業。

一、AGVS的軟硬件組成

AGVS硬件控制部分主要由車載控制器、驅動器、舵輪、編碼器、導航傳感器、供電系統、激光避障傳感器、觸摸屏等組成，如圖1。

圖1 AGV硬件控制部分結構圖

AGVS軟件控制部分主要由ERP/MES/WMS主機和AGV系統管理監控主機組成（如圖2），其中AGV管理機和監控機是AGVS運行的核心，主要功能有：執行任務命令；為不同的運輸任務分配最優的AGV小車；為每個運輸任務安排運輸路線；控制AGVS中的多臺AGV小車的交通；處理現場的一些輸入、輸出信號等。

圖2 AGVS軟件控制部分結構圖

二、AGVS在造紙行業的應用

通過AGV小車，從原紙車間向加工車間輸送原紙，然后由加工車間向原紙車間回送芯軸，加工車間同時包含卷紙和抽紙加工設備。該系統由一定的程序進行控制，達到AGV統一調度、在線計量、數據存儲及查詢等功能的綜合實現。

1.紙卷的輸送

物料輸送系統主要負責進行原紙及芯軸的輸送任務，系統根據原紙卷類型及后續加工機臺要紙申請，自動匹配并調度控制桁架機械手、AGV完成原紙卷的輸送。具體流程為：

原紙卷卷曲時，卷紙機通過傳感器判斷紙卷是否達到下線的條件，達到下線條件后發起用車指令，系統調度AGV前往指定位置接貨，AGV到達指定位置后，卷紙機自動終止卷曲動作，由桁架機械手將原紙卷吊裝在AGV上，同時發送原紙卷相關信息至上級管理系統，完成錄入和吊裝后AGV記錄當前紙卷重量，并傳送AGV管理系統保存記錄，并等待系統下一步調度指令。同時，加工車間設備自動發起要紙指令。原紙卷下線吊裝完成后，如果有加工機臺申請了該類型的原紙卷，則系統調度控制AGV將該紙卷送至申請機臺對應的位置，由對應的桁架機械手將原紙卷取下后進行加工，AGV完成原紙卷的輸送任務。原紙卷下線吊裝完成后，如果均沒有加工機臺申請該類型的原紙卷，則系統根據機臺設備信息，自動將該原紙卷送至默認位置等待，并向系統操作人員發出警報信息，由操作人員指派該原紙去向。如果加工機臺申請紙卷時，AGV上沒有合適的原紙卷，則系統先記錄申請信息，等有合適的原紙卷下線時，再根據申請的先后順序或其他分配原則進行分配，將原紙卷送至指定位置。

2.芯軸的輸送

原紙生產機臺根據生產需要，通過上級管理系統發出芯軸需求，AGV小車自動行駛至加工車間機臺，桁架機械手自動將芯軸放在AGV小車上，AGV小車自動送至需求工位。

三、系統設計的重點問題和項目應用中的技術創新

1.任務分配優化

在任務分配和調度方面，根據各AGV小車的實際位置、是否有在執行任務、執行任務的距離和時間等因素，自動將任務分配給某AGV小車。AGV完成前一作業任務之后，AGV系統會根據物流系統任務指令，自動調度AGV小車執行就近任務，這樣有效地提高了系統效率。

2.安全的信息交互

為保證安全生產，AGV管理系統在AGV取貨前、卸貨前、取貨完成、卸貨完成等各階段均會向上級管理系統發出交互信號，待上級管理系統確認后，AGV小車會進入取卸貨機臺，并根據不同機臺，向當前對接的生產設備發送當前狀態信息，待對接設備根據收到的信息，協助完成取卸貨動作。待取卸貨動作完畢后AGV管理系統還會自動將生產相關的物料信息反饋至上級管理系統，待上級系統給出下一步指令后，AGV小車方可繼續運行（如圖3）。

圖3 AGV小車執行取貨任務流程

3.取消任務的機制

如果上級系統下發指令有誤或者人為干預，導致AGV小車接受到錯誤任務從而無法繼續執行該任務時，可由現場操作人員在AGV觸摸屏上選擇任務取消，或由控制室人員在調度系統上將該任務取消，系統接收到取消指令后，將操作人員及該任務的狀態信息記錄，并調度AGV前往指定位置進行卸貨操作，待卸貨完成后，將任務自動取消。如果AGV小車還沒有取到貨物，任務直接取消無需卸貨。取消成功后AGV自動接收后續任務指令。

4.路徑規劃

圖4 AGV小車正常通行路線

目前項目中的AGV全局路徑規劃是依據小車到取卸貨站臺的行駛時間最短的條件來為小車規劃路徑（如圖4），以AGV當前位置節點為中心向外層擴展，直到擴展到所需到達的取卸貨站臺節點為止，計算從AGV當前位置節點到任務站臺節點的最短權重路線，通過不斷選擇距離起點最近的節點，來逐漸擴大最短權重路徑，直到覆蓋任務站臺節點，這里權重所代表的是行駛時間，行駛時間依據地圖規劃好的節點間距離除以地圖中規劃好的節點間行駛的最大速度可求得。但造紙行業AGV運行空間狹小，取卸貨站臺較多，容易造成多車擁堵，為解決多AGV在狹窄通道相互運行不受干擾，我們在全局路徑規劃基礎上進行了優化。

圖5 AGV小車堵塞路線

若在已有的路線上出現“另一輛正在迎面運行的AGV小車”時（如圖5），運用動態修改權重方法起到了實時避障的作用，實現了在已經規劃好全局路線情況下的動態避障（如圖6）。

圖6 AGV小車避障通行路線

5.充電管理功能

由于造紙行業的生產任務比較繁瑣，設置了若干個充電站，AGV小車在正常的運行過程中，AGV會實時監測電池電壓及SOC等信息，當電池電壓或SOC低于程序中預先所設定的值時，AGV小車將會產生一個“低電量報警”信號，它會向AGV管理系統發出充電請求指令，待AGV小車執行完當前任務后，AGV管理系統會調度AGV小車去就近的充電站進行充電。AGV充電過程中的一些狀態信息和故障信息會實時發送至AGV管理主機和地面智能充電站，待電量充滿后自動結束充電，AGV小車會繼續接受新的任務或到待命站臺等候下一個任務。假如發生故障，故障信息會顯示在用戶圖形操作界面上，以方便故障時維修。

四、總結

項目現場AGV使用情況

圍繞造紙行業AGV項目，通過對AGVS的研究和技術創新，根據項目現場的實際環境，采用全局路徑規劃與局部路徑規劃相結合的方式，有效地減少AGV小車堵塞等待時間，也有效防止了AGV與人、物體等發生碰撞，使系統更穩定、高效、安全地運行。