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   某高洁净光电玻璃企业属于玻璃制造加工行业。 其成品仓库占地1200平方米，已有2条生产线，都是采用人工搬运的模式实现物品的周转，整体效率较低。经现场调研，深度了解客户需求，对此玻璃原片的搬运入库做整体改造，优化1条生产线，选择导入2台AGV机器人和AGV中央调度管理系统，实现玻璃原片物料的自动搬运及管理，提高了整体效率。

（1）被运送物品

   单层堆放，托盘外形尺寸为2240mm×1850mm。

   每天搬运量约50架；每个托盘装量148片；每个托盘堆放成品玻璃原片的最大重量约3000Kg左右。

要求AGV机器人搬运车每次搬运方便、灵活操作、相互协调。

（2）车间功能布局规划

图1 车间功能布局示意图

上图1所示为玻璃原片生成车间功能布局示意图， 此楼层为玻璃原片生产车间，包含2条玻璃输送线。每条输送线末端配备2台机械手，用于将输送线辊筒上的玻璃原片放置到玻璃原片托盘指定工位点。上图左上侧为升降机安装位置，用于将楼层2的原片玻璃输送至楼层1进行后续加工处理。

玻璃原片自动搬运系统的主要任务，即智能调度自动搬运车AGV高效地将上料点的玻璃原片输送至升降机。当升降机或机械手出现故障时将玻璃原片物料输送至线边库缓冲区，当AGV电量低时提醒充电区充电。

当搬运任务空闲时调度AGV返回待命区等待任务。同时，调度室内的AGVs系统需对车间内各设备状态进行实时监测。因此，结合车间原有的生产线设备空间布局，需对自动搬运系统各功能区进行划分。

根据玻璃原片输送线的位置，将AGV待命区设置在玻璃原片上料点附近，便于快速响应AGVs系统下发的玻璃原片托盘搬运任务，如图1中的右上侧和右下侧。考虑到上料点的玻璃原片托盘装载速度可能高于输送速速，在上料点和AGVd待命区附近规划了两个托盘/货料缓冲线边库区域1和区域2，如图1右上侧和右下侧。同时，考虑到升降机繁忙或出现故障影响到玻璃原片的输送，在升降机一侧规划了货料缓冲线边库区域3。根据玻璃原片输送线的位置，规划的AGV充电区位于上图右侧中间位置，AGVs调度室位于靠近玻璃原片输送线的左侧中间位置。

（3）玻璃原片物料输送流程

   如图所示为AGVs中央调度控制系统与各互联设备之间的组织架构关系示意图，互联设备包括两台搬运车AGV-1和AGV-2，四台码垛机械手，一台升降机。中央调度管理系统和各设备之间通过TCP/IP实现任务下发和状态报送显示。

图2 互联设备组织架构图

其中，搬运车AGV的主要任务事件包括待命区待命、启动到上料点自动与托盘对接并将物料送至升降机、启动送空托盘至上料点、路径避让、状态无线报文推送至中央调度控制系统。

码垛机械手的主要任务事件包括等待任务、抓取原片玻璃并放置物料工位点、状态无线报文推送至中央调度控制系统。

升降机的主要任务事件包括等待任务、执行升降任务、状态无线报文推送至中央调度控制系统。

主要的玻璃原片和托盘输送流程如下：

（1）  上料点玻璃原片输送：

上料点码垛机械手装满玻璃原片托盘->机械手无线报文请求发送至中央调度控制系统->中央调度控制系统下发指令给搬运车AGV->搬运车AGV待命区出发至上料点->搬运车 AGV协调避让->搬运车AGV1搬运物料至升降机指定工位点 ->升降机执行升降任务->搬运车AGV1返回待命区。输送线缓冲区玻璃原片托盘装满时，输送流程与此相同。

图3上料点玻璃原片输送流程图

（2）  玻璃原片空托盘输送

码垛机械手装满玻璃原片托盘->机械手无线报文请求发送至中央调度控制系统->中央调度控制系统下发指令给搬运车AGV2->搬运车AGV2待命区出发至空托盘缓冲区 ->搬运车 AGV协调避让->搬运车AGV2空托盘送至上料点->搬运车AGV返回待命区。当输送线缓冲区玻璃原片托盘装满时，空托盘配送至输送线缓冲区。

图4玻璃原片空托盘输送流程图

（3）  上料点玻璃原片输送至线边库缓冲区

码垛机械手装满玻璃原片托盘->机械手无线报文请求发送至中央调度控制系统->中央调度控制系统下发指令给搬运车AGV->搬运车AGV待命区出发至上料点->搬运车 AGV协调避让->升降机正在执行任务->搬运车AGV搬运物料至边料安置区->搬运车AGV返回待命区。升降机发生故障时，为避免上料点玻璃原片托盘积压，将玻璃原片输送至线边库缓冲区，流程与此类似。

图5 上料点玻璃原片输送至线边库缓冲区流程图

（4）  线边库缓冲区玻璃原片输送至升降机

线边库缓冲区有待输送玻璃原片且搬运车AGV处于空闲状态->中央调度控制系统下发无线报文指令至搬运车AGV->搬运车AGV待命区出发至线边库缓冲区->搬运车 AGV协调避让->搬运车AGV搬运物料至升降机指定工位点->升降机执行升降任务->搬运车AGV返回待命区

图6线边库缓冲区玻璃原片输送至升降机流程图

效率计算：

根据上料点、AGV待命区和升降机在车间的位置关系，同时结合搬运车AGV的运行速度和码垛机械手上料速度，对AGVs系统处理能力进行效率计算。

每个码垛机械手完成单个托盘玻璃原片的时间为40分钟，四台机械手同时工作则每10分钟有一玻璃原片托盘待搬运。搬运车AGV1搬运物料的最长单程时间过程为从待命区域2运行至输送线2上料点，并沿运行路线将玻璃原片送至升降机工位点，完成任务后返回待命区域1，此时搬运车AGV2将空托盘送至上料点并停靠在待命区域2。搬运车AGV1单程最长时间过程分为如下几个阶段：

1.  搬运车AGV待命区2运行至输送线2下料点：时间为7*2+25=39s

2.  上料点取货：时间为6s

3.  搬运车AGV下料点运行至升降机停靠工位点：时间为7*5+150=185s

4.  停靠点放货：时间为6 s

5.  搬运车AGV升降机停靠工位点运行至待命区1：时间为7+43=50s

单程最长运行时间为39+185+50=274s

搬运车AGV运行参数为：

速度：1000mm/s（空载）800mm/s（满载）300mm/s（拐弯）

加速度： 400mm/s²

（4）AGVs中央调度控制系统

1、AGVs系统开发环境及工具

系统环境：Windows开发工具：Microsoft Visual Studio 2015， Framework 4.5 ,数据库：Microsoft SQL Server 2012，开发语言：C# 。

2、AGVs主要功能

AGVs是Automated Guided Vehicles System的简写，指AGV的集成控制系统。AGVs的构成部分包括管理控制计算机，地面控制器和AGV车上控制器。

集成管理控制器：整个系统的控制指挥中心，它与各区域内的地面控制器进行通信，地面控制器接受中央控制计算机的管理。

地面控制器：负责对区域内的搬运情况进行监控管理，如监视现场AGV的状况、AGV小车交通管制、跟踪装载、制定目标站点、实时存储AGV小车的地址并将AGV的位置与装载物的类型、数量传输给区域主计算机。

AGV车上控制器：解释并执行从地面控制器(站)传送来的指令，实时记录AGV的位置，并监控车上的安全装置。主要有以下功能：

（1）任务管理。根据现场信号，对AGV进行任务调度，调度最近的空闲AGV执行任务。

（2）交通管理。对管辖内的所用AGV能实时的控制和管理，使AGV能够按照规定的路径完成任务，并且能够相互避让，同时保持较高的运行效率。

（3）控制管理。查询车辆当前位置，车辆运行状态，线路占用、车辆报警等相关信息；检测无线局域网的通信情况。

（4）画面监控功能。动画显示所有在线AGV的坐标点显示系统内所有AGV的状态信息如故障，任务状态，电量状态等等

AGVs模块功能简要概述：

（1）AGV任务及调度管理。模块主要功能是合理地将AGV的搬运任务在两个AGV之间的分配，并进行AGV行驶路径的规划及动态跟踪，提高运行效率，降低能耗。

（2）机械手状态监测。模块主要通过网络协议，将机械手的工作状态信息提取到AGVs系统，便于AGV进行任务分配。如果机械手厂家，提供故障代码，AGVs系统也提供机械手故障监测与报警功能。

（3）升降机状态监测。模块主要功能也是通过网络协议，将升降机的工作状态信息提取到AGVs系统，协调AGV小车的任务分配。同样，如果升降机厂家提供故障代码，AGVs系统也提供升降机故障监测与报警功能。

（4）生产节拍协同。模块主要功能是根据AGV、机械手、升降机及输送线的各自工作节拍，合理地调度设备运行，并及时向各个设备通报整个物料系统的状态，以免发生物料转堵，提高整个物料输送系统的效率，降低事故发生率。

（5）设备组网。模块主要功能是将涉及到物料输送与搬运的各设备，连接组建工业级局域网，并保证通信可靠。

（6）权限管理。模块主要功能是防止无授权人员随意操作AGVs系统，导致系统或设备故障，只有系统授权人员方可操作系统。

4、工业级设备无线组网方案

     实现各类设备的集中管理和有序调度，突破距离限制的有效方法是组建工业级设备无线网，AGVs采用如下图7所示的组网方案。

图7 工业级设备组网架构图

组网简要说明：

在A-H处加装IR615-S-EN00-WLAN设备（AP接入点），其中在D位置联网设备做核心AP（工业级路由器）， 其它节点做WDS接入，这样保证A-H设备处于一个局域网内。

如果机械手和升降机没有网络通信接口，就采用协议转换器，将机械手和升降机的串口数据转换为网络数据，接入局域网。

（5）车型选择及导航

为保证玻璃原片自动搬运系统的高可靠性，自动搬运车AGV车体采用平衡重式叉车AGV,该车具有工作效率高、成本低、可靠性高、人机工效设计好等一系列优异性能，最大负载为3500kg，能够满足实际应用需求。

采用自主开发的二维码视觉和惯性融合导航控制系统。相较于磁带导航系统存在的路径布置缺乏柔性，二维码/惯导混合导航方式路径配置柔性高，路径可随中央调度系统随意更改。不仅如此，该导航方式的AGV运行速度高于磁带导航方式。相较于激光导航高成本的特点，二维码/惯导混合导航方式低成本且精度高是其最大的优点，且其对惯性导航传感器的精度要求不高，从而大大降低了成本。图8为二维码/惯导混合导航控制系统的原理示意图。

图8 二维码/惯导混合导航控制系统