14 9月 天海歐康江蘇某司法智能電子倉(cāng)項(xiàng)目
近日，天海歐康自研AGV系統(tǒng)，已在江蘇某監(jiān)獄智能電子倉(cāng)正式上線，并且完成了終驗(yàn)。AGV調(diào)度系統(tǒng)、4臺(tái)激光導(dǎo)航AGV叉車、PAD客戶操作系統(tǒng)、WMS系統(tǒng)相接合，完成了電子庫(kù)成品和物料的全自動(dòng)化進(jìn)出庫(kù)作業(yè)；AGV系統(tǒng)自2021年4月份正式上線，AGV系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、安全、高效，得到了甲方領(lǐng)導(dǎo)的高度贊揚(yáng)和認(rèn)可。
該監(jiān)獄項(xiàng)目位于江蘇省，是2019年司法部驗(yàn)收通過(guò)的全國(guó)首批33個(gè)“智慧監(jiān)獄示范單位”之一，其信息化、智能化水平之高給人留下了深刻的印象。
天海歐康為該監(jiān)獄的物流中心引進(jìn)了無(wú)人傳送車，無(wú)人傳送車在原料區(qū)與裁剪區(qū)自動(dòng)通行，自動(dòng)卸載，整個(gè)傳送區(qū)用鐵絲網(wǎng)隔離，避免了傳統(tǒng)的人力配送時(shí)出現(xiàn)的罪犯交叉接觸及運(yùn)送途中的監(jiān)管安全，而且大大提高了生產(chǎn)效率和配送精確度。
天海歐康A(chǔ)GV的運(yùn)用，打破了常規(guī)監(jiān)獄物流中心熙熙攘攘的畫(huà)面。自動(dòng)裝卸，自動(dòng)運(yùn)輸，不再需要大量人工搬運(yùn)。速度快，裝卸量大，風(fēng)雨無(wú)阻，保證了生產(chǎn)原料持續(xù)供給，成品及時(shí)入庫(kù)。僅僅需要很少的人控制好操作系統(tǒng)，一整個(gè)監(jiān)獄的工作加工流程便被打通了。不僅僅是生產(chǎn)的促進(jìn)，最關(guān)鍵是為監(jiān)管安全布設(shè)了新的防火墻。物流中心與各監(jiān)區(qū)間不再有直接接觸，有效隔絕了服刑罪犯的接觸，違禁品的傳遞，能夠防止罪犯利用運(yùn)輸車輛脫逃。
天海歐康自研的AGV核心算法采用的是仿人控制與智能積分PID 運(yùn)動(dòng)控制算法
用高性能行走和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)控制器（響應(yīng)和反饋周期快），外接工業(yè)陀螺儀，結(jié)合激光導(dǎo)航傳感器的位置和角度信息，通過(guò)卡爾曼濾波算法，進(jìn)行各傳感器的數(shù)據(jù)融合，通過(guò)仿人控制與智能積分PID算法，輸出行走電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)的控制量，使控制周期達(dá)到了<15ms，極大地提高了AGV的行走和停車精度(控制周期越短，控制效果越佳)，同時(shí)仿人控制與智能積分PID算法比傳統(tǒng)PID控制更加平滑，減少了AGV行走過(guò)程中的抖動(dòng)；實(shí)現(xiàn)了AGV前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、原地旋轉(zhuǎn)行走功能。
天海歐康自研AGV系統(tǒng)主要的5大塊組成：
AGV調(diào)度系統(tǒng)，AGV車載控制系統(tǒng)、AGV車載模擬器、AGV智能充電系統(tǒng)、第三方設(shè)備控制系統(tǒng)；其中AGV調(diào)度系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)多車的調(diào)度，激光導(dǎo)航AGV叉車最高運(yùn)行速度75米/分鐘，停車精度：位置精度±10cm、角度精度±0.2度，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平；AGV車載模擬器成功實(shí)現(xiàn)了實(shí)際項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的仿真模擬，很好地輔助了AGV項(xiàng)目規(guī)劃和大大加快了AGV項(xiàng)目實(shí)施；
天海歐康WMS電子倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)通過(guò)集合條碼管理實(shí)現(xiàn)貨位自動(dòng)分配、智能引導(dǎo)出入庫(kù)等功能，高效管理著原料庫(kù)、成品庫(kù)和服裝用裁片庫(kù)等貨位多，月貨物吞吐量近巨大，以較低的成本實(shí)現(xiàn)了面料、裁片和成品的全程信息化管理。
天海歐康，技術(shù)助力數(shù)字化改造。天海歐康A(chǔ)GV智能配送系統(tǒng)通過(guò)遠(yuǎn)程調(diào)度管理實(shí)現(xiàn)了無(wú)人安全駕駛、貨物自動(dòng)上下架、自動(dòng)化運(yùn)輸和超遠(yuǎn)距離配送，減少了服刑人員直接操作，使物料物流管理更加安全有序、精準(zhǔn)高效，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)、物流的智能化管理。下一步，臨沂監(jiān)獄還將建設(shè)以人員管控系統(tǒng)、倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)、勞動(dòng)考核系統(tǒng)等為一體的智能化習(xí)藝勞動(dòng)改造車間，“升級(jí)”服刑人員勞動(dòng)改造平臺(tái)。
干貨：
天海歐康A(chǔ)GV系統(tǒng)設(shè)計(jì)
天海歐康A(chǔ)GV系統(tǒng)主要由AGV調(diào)度系統(tǒng)、AGV車載控制系統(tǒng)組成。
一、AGV調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)
車輛調(diào)度系統(tǒng)是要實(shí)現(xiàn)多臺(tái)車輛設(shè)備在同一個(gè)項(xiàng)目工作場(chǎng)景內(nèi)同時(shí)運(yùn)行，能夠無(wú)碰撞地完成指定任務(wù)，且能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控車輛信息，保證系統(tǒng)順利、高效地運(yùn)行。智能調(diào)度系統(tǒng)研究的主要核心內(nèi)容包括路徑規(guī)劃和交通管制，以下我們就這兩方面展開(kāi)進(jìn)步說(shuō)明。
1、路徑規(guī)劃
路徑規(guī)劃要解決的問(wèn)題是如何根據(jù)現(xiàn)有的電子地圖數(shù)據(jù)生成一條從任務(wù)起點(diǎn)到任務(wù)終點(diǎn)的最優(yōu)路線，保證車輛能夠順利完成調(diào)度指定的任務(wù)。研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：
- 環(huán)境建模：環(huán)境建模是路徑規(guī)劃的重要環(huán)節(jié)，目的是將工程項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的信息轉(zhuǎn)換成可以讓計(jì)算機(jī)識(shí)別處理的電子環(huán)境地圖，建立一個(gè)便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行路徑規(guī)劃所使用的環(huán)境模型，將實(shí)際的物理空間抽象成算法能夠處理的抽象空間，實(shí)現(xiàn)相互間的映射。
- 路徑搜索：路徑搜索階段是在環(huán)境模型的基礎(chǔ)上應(yīng)用相應(yīng)算法尋找一條行走路徑，使預(yù)定的路徑性能評(píng)估函數(shù)獲得最優(yōu)值。采用了Dijkstra算法，生成從任務(wù)起點(diǎn)到任務(wù)終點(diǎn)的最短路徑。
- 路徑平滑：由于叉車式AGV屬于欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)相應(yīng)算法搜索出的路徑并不是AGV實(shí)際可以行走的路徑，需要作進(jìn)一步處理與平滑才能使其成為一條實(shí)際可行的路徑。采用了自主開(kāi)發(fā)的路徑平滑算法對(duì)路徑進(jìn)行處理，生成AGV實(shí)際行駛的路徑。
- 路徑的優(yōu)化：通過(guò)Dijkstra路徑規(guī)劃算法生成的路徑雖然是路程最短路徑，但可能不是最優(yōu)路徑，需要認(rèn)真分析現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，提取影響最優(yōu)路徑的特征參數(shù)，比如轉(zhuǎn)彎的次數(shù)、路徑的擁擠程度、路徑的寬度、特殊的工況等，作為下一步路徑優(yōu)化的指標(biāo)。采用深度學(xué)習(xí)和蟻群算法相接合，對(duì)Dijkstra算法規(guī)劃出來(lái)的路徑進(jìn)行不斷學(xué)習(xí)和優(yōu)化，最后達(dá)到近似最優(yōu)路徑。
2、交通管制
基于動(dòng)態(tài)的路徑規(guī)劃算法，衍生出了預(yù)測(cè)式的交通管制。即根據(jù)路徑規(guī)劃，分配并鎖定沿途的路徑線，提前預(yù)知交通問(wèn)題并改變路徑策略。當(dāng)路徑規(guī)劃完成后，需要對(duì)AGV進(jìn)行控制，使其按照規(guī)劃的路徑行駛。規(guī)劃好的路徑中，每條路徑線有三種狀態(tài)，分別是：正行駛、待行駛和已規(guī)劃。
正行駛：表示AGV正在該路徑線上行駛，或停止于該路徑線的端點(diǎn)上。不可被其他AGV列為待行駛路徑，也不受權(quán)值改變和路徑規(guī)劃影響。當(dāng)AGV行駛完后，需將路徑線從規(guī)劃路徑中刪除。并將下一條待行駛的路徑變?yōu)檎旭偟穆窂剑?/p>
待行駛：表示AGV準(zhǔn)備行駛的路徑。不可被其他AGV列為待行駛路徑，也不受權(quán)值改變和路徑規(guī)劃影響；
已規(guī)劃：表示路徑已規(guī)劃至該路徑。受權(quán)值改變和路徑規(guī)劃影響，可被任意AGV列為待行駛路徑。
二、AGV車載控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
智能AGV車載控制系統(tǒng)，通過(guò)仿人控制與智能積分PID運(yùn)動(dòng)控制算法，輸出速度和角度控制量，從而實(shí)時(shí)控制AGV行走；智能AGV控制系統(tǒng)通過(guò)激光避障傳感器及防撞條的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)了AGV的安全防護(hù)；同時(shí)智能AGV控制系統(tǒng)還支持Socket TCP網(wǎng)絡(luò)通信功能，實(shí)時(shí)接收調(diào)度系統(tǒng)指令并定時(shí)反饋AGV狀態(tài)信息到調(diào)度系統(tǒng)；智能AGV控制系統(tǒng)還包含語(yǔ)音、三色燈、工業(yè)觸控屏控制模塊，便于故障的報(bào)警與診斷；我們將會(huì)從硬件模塊、運(yùn)運(yùn)控制算法概述、電池選型方案、等三方面展開(kāi)進(jìn)行更詳細(xì)介紹。
1、硬件模塊
圖1為NDC8 AGV車載控制硬件模塊組成圖，主要由車載控制器、激光導(dǎo)航傳感器、激光避障傳感器、IO控制、編碼器、工控屏、驅(qū)動(dòng)器、手持控制器等組成。
圖1AGV車載控制系統(tǒng)硬件模塊
2、運(yùn)運(yùn)控制算法概述
在真正開(kāi)始實(shí)現(xiàn)對(duì)AGV的控制前，有必要好好分析一下AGV的驅(qū)動(dòng)控制數(shù)學(xué)模型。拋開(kāi)那些與運(yùn)動(dòng)控制無(wú)關(guān)的 AGV 零部件，對(duì)AGV結(jié)構(gòu)做了大量簡(jiǎn)化， 最后發(fā)現(xiàn)AGV叉車的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上是一個(gè)三輪車模型。這也就是說(shuō)，只要分析透徹三 輪車模型的數(shù)學(xué)本質(zhì)，就掌握了叉車控制的本質(zhì)問(wèn)題，從而為最終實(shí)現(xiàn)叉車實(shí)體的運(yùn)動(dòng)控制打下良好的基礎(chǔ)。
3、電池選型方案
AGV使用的電池主要有鎳鎘電池、鋰電池、鉛酸電池，這三種電池主要特性對(duì)比如表1。
表1電池主要特性對(duì)比
在實(shí)際項(xiàng)目中，根據(jù)自身需求選擇合適電池；在我們此次項(xiàng)目中，我們選擇了鎳鎘電池，主要是鎳鎘電池支持大電流充電和安全性高，鎳鎘電池和智能充電樁主要參數(shù)，如表2。
表2 電池參數(shù)
三、效率仿真
我們使用NDC軟件進(jìn)行仿真，共4臺(tái)AGV，包含充電時(shí)間（充放電比為1:6），AGV仿真速度設(shè)定如表3，在AGV實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)際速度將和仿真軟件中的速度基本保持一致。所以我們可以通過(guò)仿真結(jié)果，評(píng)估AGV運(yùn)行效率和AGV臺(tái)數(shù)，確保項(xiàng)目的成功實(shí)施和風(fēng)險(xiǎn)把控。
表3 AGV速度
任務(wù)下達(dá)方式：以通道中間站臺(tái)為測(cè)試對(duì)象，下達(dá)4個(gè)任務(wù)，連續(xù)下達(dá)。
仿真結(jié)果：46托/小時(shí)，滿足換牌時(shí)段最大產(chǎn)能45.1托/小時(shí)要求。
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