CN110844494A - 一种基于智能叉车agv的高效搬运系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于智能叉车AGV的高效搬运系统及其控制方法，该系统包括生产任务管理模块、AGV调度管理模块、智能叉车AGV和多层堆垛载具组成，其中生产任务管理模块、AGV调度管理模块和智能叉车AGV可分层进行数据交互。通过采用该系统有效利用搬运策略，设计一套配合该系统使用的控制方法，可以集中将托盘码垛到搬运货架后，统一集中进行运输，减少AGV在托盘运输过程中的搬运次数，从而减少AGV在路途中所耗费的时间，达到提高AGV搬运效率的目的。

Description

一种基于智能叉车AGV的高效搬运系统及其控制方法

技术领域

本发明属于自动物流控制技术领域，具体涉及一种基于智能叉车AGV的高效搬运系统及其控制方法。

背景技术

近年来自动化仓储及物流输送需求被越来越多的工业企业所采用，AGV的投入量也越来越多，工作效率高，物流柔性强等优点也得到了更多的认可。但AGV相比自动化输送线来说，在物流柔性上有很大优势，但物流输送的效率却相对较弱。AGV在运输货物的过程中，需要在输送起点和终点间不断的来回行驶，限制常见的搬运方法是，以单一托盘作为一个任务进行搬运，每次搬运物料在路程中所耗费的时间相对较长，降低了输送效率。

如何能有效的提高AGV在物流搬运过程中的效率，是业界中一个亟待解决的问题。

发明内容

针对上述问，本发明提供一种可提高智能叉车AGV在运输过程中的效率，实现多托盘集中运输的高效搬运系统及其控制方法。

一种基于智能叉车AGV的高效搬运系统，其特征在于：包括生产任务管理模块、AGV调度管理模块、智能叉车AGV和多层堆垛载具组成，其中生产任务管理模块、AGV调度管理模块和智能叉车AGV可分层进行数据交互；所述生产任务管理模块包括呼叫管理单元、生产任务管理单元和缓存位管理单元组成；所述AGV调度管理模块包括调度任务管理单元、车辆管理单元、交通管理单元和通信管理单元组成。

呼叫管理单元功能，是在搬运货位有物料需要搬运时，能够通过人工操作在系统中生成一个搬运任务的发起操作。根据系统中预先配置的呼叫终端的生产工位信息，可以匹配到物料详细信息，并能够指定将物料发送到预定的物料缓存位。

生产任务管理单元功能，在系统中生成任务后，记录任务的起点地址、终点地址、物料信息、终点缓存位层数、任务状态等信息，在AGV进行物料搬运任务过程中会不断将状态上报，生成任务管理系统会进行更新。任务完成搬运后，也会将缓存货位的信息进行更新。

缓存位管理单元功能，是在系统中注册多层货架缓存站台编号信息，同时记录每个堆垛缓存位的最多堆垛层数、单层堆垛高度所对应的操作码，缓存位存储物料分类关系。

当系统通过呼叫管理单元产生任务时，呼叫管理单元可以根据呼叫机台与物料信息的绑定关系获得当前物料信息，根据缓存位管理单元功能中的物料信息与缓存位的绑定关系，查找到可以用于存储的缓存位信息。任务管理单元根据得到的缓存位信息及发货机台信息生成搬运任务。

调度任务管理单元功能主要是接收生产任务管理系统所生成的搬运任务，对任务进行分配管理，从车辆列表中找到空闲AGV，并根据当前所有空闲AGV中，以广度优先原则，使用迪杰斯特拉算法，找到距离发货呼叫机台最近的空闲AGV，并使用迪杰斯特拉算法计算所选AGV到达发货站台的最短路径，再计算从发货机台到缓存位的最短路径，将路径发送给交通管理功能使用。

车辆管理单元功能可以将与系统连接的车辆进行统一管理，并按照车辆的当前坐标进行保存，记录车辆的状态信息，为任务管理功能提供可用AGV的信息。

交通管理单元功能是按照任务管理所计算出来的路径信息，按照AGV运行情况分批次向AGV下达分段的路径信息，当存在AGV阻塞或者碰撞情况时，提前规避此类交通问题的发生，按照管制策略暂停向部分AGV下发分段路径信息，达到避让操作，保证AGV在整个运行环节中不出现阻塞和碰撞情况。

通信管理单元是负责管理所有在系统内的AGV的通信通道及与生产任务管理系统通信通道的功能，分别获取和发送数据。在AGV通信上负责接收AGV实时信息，发送分段任务信息和操作码信息。在与生产任务管理系统通信上接收搬运任务信息，发送任务执行阶段信息，如执行AGV编号，任务执行阶段，任务完成情况等信息。

进一步，优选的是，所述多层堆垛载具为货架或堆叠式料框或堆叠式托盘。

本发明中所述的智能叉车AGV，可通过多种定位手段获取自身在地图中的坐标信息，如激光定位传感器、二维码坐标、磁带及定位标签等手段。AGV能够接收任务调度管理系统的控制指令，不断将自身状态进行上报，包括当前载货状态、当前坐标、故障状态、任务编号、目标站台等信息，以便任务调度管理系统进行调度策略计算。智能叉车AGV按照任务调度管理系统分配的路径进行行走，并且不断接受任务调度管理系统的交通管制，以免造成多车运行时的交通阻塞。当智能叉车AGV到达存取货位置时，任务调度管理系统根据设定好的操作码，向智能叉车AGV下达举升操作码，操作码按照预先设定的高度定义在智能叉车AGV的程序内，智能叉车AGV根据不同的操作码举升高度也不相同。

本发明中智能叉车AGV，在接收到搬运任务后，通过任务操作码当到达缓存位后按照不同操作码对应的不同高度，堆叠式载具，其目的在于采用以下堆叠方式，如多层货架、可堆叠式料框、堆叠式托盘或自然堆叠方式，将多个同目的地的物料通过智能叉车AGV进行堆叠码垛，所有堆叠式载具支脚均采用喇叭口设计，方便AGV堆叠时有一定的误差矫正空间。在智能叉车AGV的最大载重范围内，保证在安全范围高度内，智能叉车AGV一次性将堆叠后的物料进行运输，提高搬运效率。

本方法中使用的堆叠式载具最下层安装与叉车叉臂对位的导向斜槽，其目的在于，首先由于货架底部处于纯平状态，叉车叉臂上表面纯平，为保证当货架载货时，叉车出现转弯或紧急停止时货架不会由于惯性导致与叉车货叉产生移位现象，保证运输安全。其次，由于本方法基于智能叉车AGV作为物流运输载体，在现有AGV控制技术的技术特性中，定位精度会存在5-10mm的定位误差，为避免由于多次搬运造成误差累计，通过导向滑槽可以在每次搬运过程中对误差进行补偿修正，保证此方法运用后不回由于误差累计而需要进行人工矫正。

采用上述基于智能叉车AGV的高效搬运系统的控制方法，控制步骤如下：

1）系统中首先通过生产任务管理模块下达一个要车任务，根据呼叫机台所设定好的物料与机台绑定关系，呼叫管理单元会将机台信息和物料信息发送到生产任务管理单元。

生产任务管理单元将物料信息发送给缓存位管理单元；向缓存位管理单元查询可以使用的缓存位及可以堆叠的层数。

缓存位管理单元首先需要判断，是否有满足物料高度并且已经有相同目的地的已堆叠且有未达到AGV载货上限的载具存在（条件一），如果存在则进入下一步，如果不存在则系统查找是否有空载位存在（条件二），如果存在则进入下一步，如果不存在则继续查询是否有满足条件一的情况。

缓存位管理单元查询到缓存位及堆叠层数后将信息发送给生产任务管理单元。

生产任务管理模块中的生产任务管理单元获取到放货缓存位后，将物料信息、呼叫取货站台、目的地缓存站台、站台高度信息进行组合，形成一条AGV搬运任务，并将任务发送给AGV调度管理模块，进入下一步。

2）AGV调度管理模块中的通信管理单元接收到任务数据后，将任务发送给调度任务管理单元。

调度任务管理单元将取货站台信息发送给车辆管理单元，车辆管理单元将系统中现有连接的所有空闲AGV查询出来，反馈给调度任务管理单元。

调度任务管理单元根据所有车辆信息，以广度优先为原则，通过迪杰斯特拉算法查找到距离取货位最近的叉车，并且计算处从最近叉车到取货点的行走路径，并计算从取货点到目标缓存位的行走路径。

调度任务管理单元将计算出来的路径发送给交通管理单元，交通管理单元收到路径后，根据每辆AGV反馈的坐标和状态信息，计算AGV在工作地图环境内的阻塞和碰撞情况，将路径分段发送到通信管理单元，达到交通管制的目的。

通信管理单元接收分段路径数据后，将此数据发送到不同的AGV单机系统的通信单元内，进入下一步。

3）AGV单机系统的通信模块接收到分段路径后，将路径段表发送给导引模块，导引模块根据路径长度和角度将导引指令发送给控制模块。

AGV控制模块收到导引的控制指令后，按照与电气及机械设备的控制协议，控制电机、CAN通信模块及其他I/O设备。

AGV运行过程中通过定位模块不断获取在地图中的坐标位置，并且不断发送给导引模块，导引模块会根据实时坐标不断控制AGV按照预定路径行驶。

导引模块会根据当前的车辆信息组成消息栈，不断的发送给通信模块，通信模块接收到车辆信息后通过Socket通信方式将数据发送到AGV调度管理系统中。

AGV调度管理系统通过通信模块获取到数据流后，将车辆坐标信息转发给交通管理模块，接收到车辆坐标后交通管理模块又会下发新的路径信息和操作码；AGV就可以按照系统指令不断运行下去。

4）当AGV到达指定的缓存位后，按照操作码可以进行叉取堆码工作。

5）如果整个堆叠物料已经达到堆叠上限，则AGV任务调度模块向AGV下达整个堆叠物料的搬运任务，AGV最后一次堆叠完成后立即将货叉降至最低，叉取最下层物料进行搬运；AGV叉取将堆叠物料搬运到目的地后将货架放下，进入下一步。

6）堆叠物料到达目的地位置后，AGV放下堆叠物料，逐盘将物料进行分拆，取下放置到预定位置，完成整个搬运任务。

本发明的有益效果：使用多托盘集中运输的方法，在起点处通过任务调度集中完成多层货架的码盘工作，完成后一次性将所有物料进行一次性运输，对于一些物料高度不高，可以进行码垛后再运输的物流输送情景，本方法可以有效的提高搬运效率，AGV运输距离越远，本方法所体现的运输效率越高。有效利用搬运策略，集中将托盘码垛到搬运货架后，统一集中进行运输，减少AGV在托盘运输过程中的搬运次数，从而减少AGV在路途中所耗费的时间，达到提高AGV搬运效率的目的。

附图说明

图1是本发明的智能叉车AGV工作时叉取可堆叠载具侧视结构示意图。

图2是本发明的高效搬运系统控制逻辑流程图。

图3是本发明的各模块间和智能叉车AGV间的数据流图。

图4是本发明的多层堆垛载具采用可堆叠式载具底部限位滑槽示意图。

图5是本发明的多层堆垛载具采用可堆叠式载具的喇叭口设计示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示的，一种基于智能叉车AGV的高效搬运系统，包括生产任务管理模块1、AGV调度管理模块2、智能叉车AGV3和多层堆垛载具4组成，其中每个模块和智能叉车AGV3可分层进行数据交互。

其中生产任务管理模块1包括呼叫管理单元、生产任务管理单元和缓存位管理单元组成。

其中AGV调度管理模块2包括调度任务管理单元、车辆管理单元、交通管理单元和通信管理单元组成。

其中多层堆垛载具4可选用为货架、堆叠式料框、堆叠式托盘，在本实施例中，选用了堆叠式料框，如图4和图5所示。

如图2和图3所示，基于该智能叉车AGV3的高效搬运系统控制方法如下：

1）系统中首先通过生产任务管理模块1下达一个要车任务，根据呼叫机台所设定好的物料与机台绑定关系，呼叫管理单元会将机台信息和物料信息发送到生产任务管理单元，如图3所示的数据流①。

生产任务管理单元将物料信息发送给缓存位管理单元，如图3数据流②；向缓存位管理单元查询可以使用的缓存位及可以堆叠的层数。

缓存位管理单元首先需要判断，是否有满足物料高度并且已经有相同目的地的已堆叠且有未达到AGV载货上限的载具存在（条件一），如果存在则进入下一步，如果不存在则系统查找是否有空载位存在（条件二），如果存在则进入下一步，如果不存在则继续查询是否有满足条件一的情况。

缓存位管理单元查询到缓存位及堆叠层数后将信息发送给生产任务管理单元，如图3数据流③。

生产任务管理模块1中的生产任务管理单元获取到放货缓存位后，将物料信息、呼叫取货站台、目的地缓存站台、站台高度信息进行组合，形成一条AGV搬运任务，并将任务发送给AGV调度管理模块2，如图3数据流④，进入下一步。

2）AGV调度管理模块2中的通信管理单元接收到任务数据后，将任务发送给调度任务管理单元，如图3数据流⑤。

调度任务管理单元将取货站台信息发送给车辆管理单元，如图3数据流⑥，车辆管理单元将系统中现有连接的所有空闲AGV查询出来，反馈给调度任务管理单元，如图3数据流⑦。

调度任务管理单元根据所有车辆信息，以广度优先为原则，通过迪杰斯特拉算法查找到距离取货位最近的叉车，并且计算处从最近叉车到取货点的行走路径，并计算从取货点到目标缓存位的行走路径，如图3数据流⑧。

调度任务管理单元将计算出来的路径发送给交通管理单元，如图3数据流⑨，交通管理单元收到路径后，根据每辆AGV反馈的坐标和状态信息，计算AGV在工作地图环境内的阻塞和碰撞情况，将路径分段发送到通信管理单元，达到交通管制的目的，如图3数据流⑩。

通信管理单元接收分段路径数据后，将此数据发送到不同的AGV单机系统的通信单元内，如图3数据流⑪，进入下一步。

3）AGV单机系统的通信模块接收到分段路径后，将路径段表发送给导引模块，如图3数据流⑫，导引模块根据路径长度和角度将导引指令发送给控制模块，如图3数据流⑬。

AGV控制模块收到导引的控制指令后，按照与电气及机械设备的控制协议，控制电机、CAN通信模块及其他I/O设备，如图3数据流⑭。

AGV运行过程中通过定位模块不断获取在地图中的坐标位置，并且不断发送给导引模块，如图3数据流⑮。导引模块会根据实时坐标不断控制AGV按照预定路径行驶。

导引模块会根据当前的车辆信息组成消息栈，不断的发送给通信模块，如图3数据流⑯，通信模块接收到车辆信息后通过Socket通信方式将数据发送到AGV调度管理系统中，如图3数据流⑰。

AGV调度管理系统通过通信模块获取到数据流后，将车辆坐标信息转发给交通管理模块，如图3数据流⑱。接收到车辆坐标后交通管理模块又会下发新的路径信息和操作码。以此重复数据流⑩-⑱的流程，AGV就可以按照系统指令不断运行下去。

4）当AGV到达指定的缓存位后，按照操作码可以知道叉臂需要举升的高度，AGV到达位置后，按照现有的定位方式，如激光定位、二维码定位、磁带定位方式均可能存在X或Y方向上的误差，误差一般在±5mm左右。所以在堆叠式载具支腿下方需要设置一个喇叭口，以便和下层对接，如图5。

如果AGV采用的堆叠式货架采用固定层数的货架，则AGV只需要在高度保证精确度即可，一般AGV采用的拉线编码器可以保证精确度在1mm以内，摆放示意如图1。

以上的步骤AGV每堆叠一层都按照以上流程执行一遍，知道整个堆叠物料已达到堆叠上限。

5）如果整个堆叠物料已经达到堆叠上限，则AGV任务调度单元向AGV下达整个堆叠物料的搬运任务，AGV最后一次堆叠完成后立即将货叉降至最低，叉取最下层物料进行搬运。AGV叉取将堆叠物料搬运到目的地后将货架放下，进入下一步。

6）堆叠物料到达目的地位置后，AGV放下堆叠物料，逐盘将物料进行分拆，取下放置到预定位置，完成整个搬运任务。

以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于智能叉车AGV的高效搬运系统，其特征在于：包括生产任务管理模块、AGV调度管理模块、智能叉车AGV和多层堆垛载具组成，其中生产任务管理模块、AGV调度管理模块和智能叉车AGV可分层进行数据交互；所述生产任务管理模块包括呼叫管理单元、生产任务管理单元和缓存位管理单元组成；所述AGV调度管理模块包括调度任务管理单元、车辆管理单元、交通管理单元和通信管理单元组成。

2.根据权利要求1所述的一种基于智能叉车AGV的高效搬运系统，其特征在于：所述多层堆垛载具为货架或堆叠式料框或堆叠式托盘。

3.一种采用如权利1或2任一项所述基于智能叉车AGV的高效搬运系统的控制方法，其特征在于，控制步骤如下：

1）系统中首先通过生产任务管理模块下达一个要车任务，根据呼叫机台所设定好的物料与机台绑定关系，呼叫管理单元会将机台信息和物料信息发送到生产任务管理单元；生产任务管理单元将物料信息发送给缓存位管理单元；向缓存位管理单元查询可以使用的缓存位及可以堆叠的层数；

缓存位管理单元首先需要判断，是否有满足物料高度并且已经有相同目的地的已堆叠且有未达到AGV载货上限的载具存在（条件一），如果存在则进入下一步，如果不存在则系统查找是否有空载位存在（条件二），如果存在则进入下一步，如果不存在则继续查询是否有满足条件一的情况；

缓存位管理单元查询到缓存位及堆叠层数后将信息发送给生产任务管理单元； 生产任务管理模块中的生产任务管理单元获取到放货缓存位后，将物料信息、呼叫取货站台、目的地缓存站台、站台高度信息进行组合，形成一条AGV搬运任务，并将任务发送给AGV调度管理模块，进入下一步；

2）AGV调度管理模块中的通信管理单元接收到任务数据后，将任务发送给调度任务管理单元； 调度任务管理单元将取货站台信息发送给车辆管理单元，车辆管理单元将系统中现有连接的所有空闲AGV查询出来，反馈给调度任务管理单元；

调度任务管理单元根据所有车辆信息，以广度优先为原则，通过迪杰斯特拉算法查找到距离取货位最近的叉车，并且计算处从最近叉车到取货点的行走路径，并计算从取货点到目标缓存位的行走路径； 调度任务管理单元将计算出来的路径发送给交通管理单元，交通管理单元收到路径后，根据每辆AGV反馈的坐标和状态信息，计算AGV在工作地图环境内的阻塞和碰撞情况，将路径分段发送到通信管理单元，达到交通管制的目的；

通信管理单元接收分段路径数据后，将此数据发送到不同的AGV单机系统的通信单元内，进入下一步；

3）AGV单机系统的通信模块接收到分段路径后，将路径段表发送给导引模块，导引模块根据路径长度和角度将导引指令发送给控制模块；

AGV控制模块收到导引的控制指令后，按照与电气及机械设备的控制协议，控制电机、CAN通信模块及其他I/O设备；

AGV运行过程中通过定位模块不断获取在地图中的坐标位置，并且不断发送给导引模块，导引模块会根据实时坐标不断控制AGV按照预定路径行驶；

导引模块会根据当前的车辆信息组成消息栈，不断的发送给通信模块，通信模块接收到车辆信息后通过Socket通信方式将数据发送到AGV调度管理系统中；

AGV调度管理系统通过通信模块获取到数据流后，将车辆坐标信息转发给交通管理模块，接收到车辆坐标后交通管理模块又会下发新的路径信息和操作码；AGV就可以按照系统指令不断运行下去；

4）当AGV到达指定的缓存位后，按照操作码可以进行叉取堆码工作；

5）如果整个堆叠物料已经达到堆叠上限，则AGV任务调度模块向AGV下达整个堆叠物料的搬运任务，AGV最后一次堆叠完成后立即将货叉降至最低，叉取最下层物料进行搬运；AGV叉取将堆叠物料搬运到目的地后将货架放下，进入下一步；

6）堆叠物料到达目的地位置后，AGV放下堆叠物料，逐盘将物料进行分拆，取下放置到预定位置，完成整个搬运任务。

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