基于5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的AGV自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車設(shè)計(jì)

1.行業(yè)背景

AGV（Automated Guided Vehicle）即“自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車"，是指裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)引裝置，它能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護(hù)以及各種移載功能的運(yùn)輸車，AGV優(yōu)勢(shì)包括：1）自動(dòng)化程度高：2）充電自動(dòng)化；3）美觀，提高觀，賞度，從而提高企業(yè)的形象；4）方便，減少占地面積，生產(chǎn)車間的AGV小車可以在各個(gè)車間穿梭往復(fù)。隨著物流系統(tǒng)的迅速發(fā)展，AGV的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展，AGV系統(tǒng)能夠廣泛運(yùn)用于工業(yè)、軍亊、交通運(yùn)輸、電子等領(lǐng)域，具有良好的環(huán)境適應(yīng)能力。近年來，在國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人需求量激增以及“中國制造2025”、智慧物流等各項(xiàng)政策的保駕護(hù)航下，我國AGV機(jī)器人銷售量持續(xù)增長(zhǎng)。

而5G下行峰值速率20Gbps，它的速率達(dá)千兆級(jí)4G網(wǎng)絡(luò)的20倍，AGV移動(dòng)機(jī)器人在應(yīng)用過程中，接受信息、任務(wù)指令勢(shì)必更加高效快捷。5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)延低至1毫秒，5G比較4G網(wǎng)絡(luò)，端到端延時(shí)縮短5倍。5G詳細(xì)技術(shù)參數(shù)見下圖：

利用5G比Wi-Fi更高效的傳輸速率，更可靠的傳輸方式，為多AGV協(xié)同作業(yè)技術(shù)提供了充分的技術(shù)保障。并且5G通信可聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量增加10-100倍，覆蓋面積更廣泛（傳輸距離達(dá)10KM），這意味著可以因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)技術(shù)的改進(jìn)而更好的獲得整體數(shù)據(jù)信息，為方案設(shè)計(jì)提供更有效快捷的數(shù)據(jù)分析。也在一定程度上節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)通訊上的成本。

2.業(yè)務(wù)需求分析

隨著收益與消費(fèi)升級(jí)和智能制造發(fā)展，近年來我國自動(dòng)化物流裝備市場(chǎng)規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)，2016年達(dá)到了758億元，環(huán)比增長(zhǎng)30.02%，預(yù)計(jì)2022年將突破2600億元。AGV是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化物流的重要設(shè)備之一，未來隨著自動(dòng)化物流的發(fā)展，AGV的市場(chǎng)前景將非常好。

項(xiàng)目?jī)?nèi)容

1.產(chǎn)品簡(jiǎn)介

產(chǎn)品采用5G通信技術(shù)，聯(lián)通管控與各臺(tái)AGV間的通信，協(xié)同模式采用管控系統(tǒng)統(tǒng)籌所有AGV宏觀運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)，為多臺(tái)AGV分別分配主/從AGV角色，從AGV跟隨主AGV進(jìn)行微觀運(yùn)動(dòng)調(diào)整?；?G通訊低延時(shí)，高并發(fā)、穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)多AGV高精度、穩(wěn)定可靠地協(xié)同作業(yè)。

2.產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念

AGV間交互協(xié)同設(shè)計(jì)。多臺(tái)協(xié)同AGV根據(jù)角色分配為主AGV與從AGV，并分別在AGV導(dǎo)航系統(tǒng)內(nèi)部部署協(xié)同模塊。主AGV內(nèi)部開放5G通訊服務(wù)端口，從AGV內(nèi)部部署5G通訊客戶端。從AGV可向5G網(wǎng)絡(luò)向主AGV申請(qǐng)當(dāng)前位姿，同時(shí)，結(jié)合自身位姿與主AGV位姿，通過位置閉環(huán)控制算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)主AGV的位置跟隨，實(shí)時(shí)控制任務(wù)執(zhí)行過程中的同步偏差。

安全設(shè)計(jì)。AGV車身控制非常注重安全設(shè)計(jì)，安全生產(chǎn)是首要考慮的問題，安全設(shè)計(jì)主要從軟件和硬件兩方面，軟件上設(shè)計(jì)有故障診斷功能，當(dāng)檢測(cè)到系統(tǒng)任何部件或功能執(zhí)行故障時(shí)，將立即執(zhí)行停止操作；硬件上AGV車體設(shè)計(jì)有三層被動(dòng)安全防護(hù)

運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包含2臺(tái)舵輪和若干個(gè)萬向輪，舵輪是帶轉(zhuǎn)向和行走功能的動(dòng)力總成，車體結(jié)構(gòu)如下圖所示。

導(dǎo)航設(shè)計(jì)。導(dǎo)航系統(tǒng)采用基于自然輪廓的激光SLAM導(dǎo)航方式，該方式具有應(yīng)用場(chǎng)景改動(dòng)小，現(xiàn)場(chǎng)布置實(shí)施快等優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)航行走過程中采用SLAM導(dǎo)航精度可達(dá)±20mm，結(jié)合其他二次定位方式，可以實(shí)現(xiàn)±5mm的定位精度。

管控設(shè)計(jì)。管控系統(tǒng)用于對(duì)所有協(xié)同AGV的管理與控制，包括任務(wù)下發(fā)、啟停控制，以及同步邏輯處理。在所有協(xié)同AGV均上報(bào)完成某一任務(wù)后，管控系統(tǒng)才下發(fā)放行指令，AGV才能繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)任務(wù)，確保每項(xiàng)任務(wù)執(zhí)行開始時(shí)刻，同步偏差不會(huì)累積。

3.產(chǎn)品設(shè)計(jì)框架

多AGV協(xié)同框架示意圖

多AGV協(xié)同數(shù)據(jù)流示意圖

項(xiàng)目方案

1.工作方法

管控調(diào)度管理。管控系統(tǒng)為多AGV上層調(diào)度管理系統(tǒng)，所有AGV的動(dòng)作均由管控系統(tǒng)統(tǒng)一控制。在管控系統(tǒng)中，AGV的行走、停止、舉升等動(dòng)作均被規(guī)劃成一項(xiàng)任務(wù)。AGV在收到管控系統(tǒng)下發(fā)的任務(wù)后，首先會(huì)將任務(wù)解析成AGV內(nèi)部算法可以識(shí)別的運(yùn)動(dòng)類型，然后等待管控系統(tǒng)下發(fā)放行指令，便可以開始執(zhí)行任務(wù)。

AGV間交互協(xié)同。每臺(tái)AGV因?yàn)閳?zhí)行電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、地面平整度等因素的差異，即使由管控系統(tǒng)保證了同一時(shí)刻啟動(dòng)執(zhí)行相同任務(wù)，但是任務(wù)執(zhí)行過程中，也必然存在差異，從而造成任務(wù)執(zhí)行過程的同步偏差。為了控制這類同步偏差，增加AGV層面信息交互，從AGV會(huì)根據(jù)主AGV的當(dāng)前位姿，實(shí)時(shí)調(diào)整自身行走速度與方向，來保證單項(xiàng)任務(wù)執(zhí)行過程中，同步偏差控制可接收范圍內(nèi)。

2.項(xiàng)目?jī)?yōu)勢(shì)

管控系統(tǒng)的調(diào)度管理功能，可以實(shí)現(xiàn)多AGV的統(tǒng)一管理與控制，比如任務(wù)下發(fā)、控制啟停，匯總信息并進(jìn)行同步控制等，保證多AGV在開始執(zhí)行每項(xiàng)任務(wù)時(shí)的同步性；

AGV間交互協(xié)同功能，可以實(shí)現(xiàn)從AGV對(duì)主AGV的實(shí)時(shí)位姿跟隨，控制任務(wù)執(zhí)行過程中的同步偏差；

AGV基于自然輪廓的 SLAM激光導(dǎo)航，可以實(shí)現(xiàn)在最小的環(huán)境改動(dòng)量的情況下，靈活應(yīng)對(duì)路線與任務(wù)變更，快速部署實(shí)施，并達(dá)到應(yīng)用所需要的定位與導(dǎo)航精度；

基于5G高帶寬、低時(shí)延的特性可以使AGV輕量化，運(yùn)算放在邊緣云集中部署；

基于5G高并發(fā)特性可以在同一工段同一時(shí)間點(diǎn)由更多的AGV協(xié)同作業(yè)；

基于5G成熟完善的安全策略可以確保生產(chǎn)過程以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)安全可靠。

產(chǎn)業(yè)效應(yīng)

1.產(chǎn)品定位

填補(bǔ)市場(chǎng)空白：目前汽車行業(yè)、家電制造等生產(chǎn)物流端為中國AGV主要需求市場(chǎng)，除了工業(yè)級(jí)的應(yīng)用外，電商倉儲(chǔ)物流、煙草、電子行業(yè)等行業(yè)也為AGV貢獻(xiàn)了少部分市場(chǎng)份額，部分重載AGV也應(yīng)用于港口物流等重型規(guī)則物料的搬運(yùn)。但是由于受到AGV機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，在化工、航空航天、鐵路、橋梁建筑等領(lǐng)域存在大量空白市場(chǎng)。基于5G技術(shù)的多AGV協(xié)同作業(yè)技術(shù)能夠輕松實(shí)現(xiàn)大型物料的運(yùn)輸工作，從而填補(bǔ)化工、航空航天、鐵路、橋梁建筑等領(lǐng)域的空白市場(chǎng)。

2.產(chǎn)品社會(huì)效益

打破技術(shù)壟斷：目前國內(nèi)AGV多車聯(lián)動(dòng)技術(shù)尚屬空白階段，而國外AGV協(xié)調(diào)同步項(xiàng)目技術(shù)已應(yīng)用于能源、航空航天、電力施工、冶金、化工等領(lǐng)域。多車聯(lián)動(dòng)項(xiàng)目對(duì)AGV在運(yùn)輸行走過程中的平臺(tái)穩(wěn)定性、車輛位置誤差都有極高的要求，而該項(xiàng)目的順利完成在填補(bǔ)國內(nèi)該項(xiàng)技術(shù)空白的同時(shí)，也打破了國外在AGV協(xié)調(diào)同步項(xiàng)目上的壟斷地位。

帶動(dòng)行業(yè)發(fā)展，助力“智能制造2025”：AGV行業(yè)與國家發(fā)布的《中國制造2025》的產(chǎn)業(yè)政策密切相關(guān)，是國家重點(diǎn)扶持的行業(yè)。AGV在智能工廠中是個(gè)非常重要的模塊，從智能工廠中的智能機(jī)械設(shè)備，自動(dòng)上下料，再到完全無人的物流運(yùn)輸搬運(yùn)，它是一個(gè)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。基于5G技術(shù)的多AGV協(xié)同作業(yè)技術(shù)不斷創(chuàng)新提升產(chǎn)業(yè)價(jià)值，引領(lǐng)智能AGV小車的研發(fā)革新，為推動(dòng)中國AGV產(chǎn)業(yè)發(fā)展助力“智能制造2025”注入了強(qiáng)勁動(dòng)力。
來源；通信世界