CN113493085A - 一种叉车式agv对接生产线的自动装运方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及物流领域，具体涉及一种叉车式AGV对接生产线的自动装运方法及***，利用AGV调度***、AGV车载控制***、三维视觉定位与测量***、仓库控制***WCS、仓库管理***WMS/制造执行***MES等多种软件***，通过多***数据交换、信号感知和硬件控制，实现货物从仓库出货口到货运车辆的全自动化装运；本发明提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的无法实现货物从仓库出货口到货运车辆的全自动化装运的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及物流领域，具体涉及一种叉车式AGV对接生产线的自 动装运方法及***。
背景技术
智能仓库是利用计算机管理***控制，完成生产线货物的自动装 运，并利用自动化存储设备同计算机管理***的协作来实现立体仓库 放置的合理化，从而减少差错，加快货物的存取节奏，提高企业的生 产效益和现代化管理水平。
AGV搬运机器人是常见的一种用于智能仓库的货物搬运设备， AGV搬运机器人主要作用集中在自动物流搬转运，通过特殊地标导航 自动将货物运输至指定地点。
在物流领域，封闭空间、半开放空间和开放空间的物料装运，实 现自动化控制的解决方案难度大、案例少。但就实际情况来看，这个 需求始终存在，而且日渐迫切，主要是由于人力使用一些搬运、装运 工具，甚至单纯依赖人力来执行任务，不仅不能提高效率，而且人力 成本逐步提高，并且实际作业时工作人员面临着巨大的安全风险。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种叉车式AGV 对接生产线的自动装运方法及***，能够有效克服现有技术所存在的 无法实现货物从仓库出货口到货运车辆的全自动化装运的缺陷。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种叉车式AGV对接生产线的自动装运方法，包括以下步骤：
S1、构建仓库出货口处的装运***，并部署三维视觉定位与测量 ***；
S2、仓库管理***WMS/制造执行***MES向AGV调度***下 发取货装运任务，并由三维视觉定位与测量***对货运车辆车厢进行 视觉检测；
S3、AGV调度***根据视觉检测结果判断是否进入任务执行流程， 并回报执行状态、回报执行结果；
S4、AGV调度***进入任务执行流程后，依次构建放货位置清单、 搬运任务表单，并存入内部任务缓存；
S5、AGV调度***根据仓库控制***WCS、三维视觉定位与测 量***的检测结果，驱动AGV按照搬运任务表单执行取货、放货任务。
优选地，S1中构建仓库出货口处的装运***，包括：
在AGV顶部安装激光雷达，并在仓库出货口周围设置与激光雷达 高度相同的反光柱，构成AGV的反式导航***，并在仓库出货口处安 装用于探测货物托盘的光电探测器。
优选地，S1中部署三维视觉定位与测量***，包括：
在货运车辆停车位周围设置安装杆，并在安装杆上合适高度位置 悬吊用于对货运车辆车厢进行视觉检测的深度相机。
优选地，所述在安装杆上合适高度位置悬吊用于对货运车辆车厢 进行视觉检测的深度相机，包括：
测量货运车辆的长度l、高度H’，并设定车头与车尾的放宽长度l0， 并按照下式计算出深度相机的悬吊高度H：
H＝H’+(l+l0)×0.75，
其中，l0＝l01+l02，l01为车尾的放宽长度，l02为车头的放宽长度；
根据深度相机的视场角度θ对计算出的悬吊高度H进行调整，视场 角度θ越小，则悬吊高度H越高。
优选地，S3中AGV调度***根据视觉检测结果判断是否进入任 务执行流程，并回报执行状态、回报执行结果，包括：
AGV调度***根据视觉检测结果判断不允许继续执行搬运任务 时，回报不可执行，并返回S2；
AGV调度***根据视觉检测结果判断允许继续执行搬运任务时， 回报可以执行，并进入任务执行流程；
AGV调度***周期性回报执行状态，并且无论搬运任务执行成功 与否，均回报执行结果。
优选地，S4中AGV调度***进入任务执行流程后，依次构建放 货位置清单、搬运任务表单，包括：
AGV调度***在获知货运车辆车厢几何参数、货物托盘的条件下， 先按顺序构建放货位置清单，再按顺序构建搬运任务表单。
优选地，S5中AGV调度***根据仓库控制***WCS、三维视觉 定位与测量***的检测结果，驱动AGV按照搬运任务表单执行取货、 放货任务，包括：
S51、AGV调度***通过仓库控制***WCS获取光电探测器的采 集信号，周期性查询出货位状态；
S52、若货位无货则继续等待，否则AGV调度***调度距离该出 货位最近的AGV执行取货任务；
S53、取货成功后，AGV调度***通过三维视觉定位与测量*** 查询车厢目标位置是否清空；
S54、若三维视觉定位与测量***回报车厢目标位置已清空，则 AGV调度***驱动AGV执行放货任务，否则指令AGV继续等待；
S55、AGV调度***驱动AGV按照搬运任务表单继续执行下一个 取货、放货任务，直至全部结束。
一种叉车式AGV对接生产线的自动装运***，包括：
仓库管理***WMS/制造执行***MES，为制造类企业通用的系 统，用户可操控任何其中一个向AGV调度***下发取货装运任务；
仓库控制***WCS，实时采集仓库出货口处用于检测出货位是否 空置、带货托盘是否到位的光电传感器信号，根据预设逻辑和接收的 控制指令实现货物的入库和出库控制，并向其他***提供仓库所有或 指定库位的库存状态，响应其他***的联动需求；
三维视觉定位与测量***，利用深度相机获取的三维数据构成点 云数据，并利用计算机视觉分析算法，解析出视场范围内货运车辆车 厢的几何形状，同时解算出货运车辆车厢在以相机视场中心为坐标原 点的坐标系中的几何参数，并达送至AGV调度***；
AGV调度***，与仓库管理***WMS/制造执行***MES对接， 接收取货装运任务，通过仓库控制***WCS接收光电传感器信号，判 断AGV是否执行取货任务，通过三维视觉定位与测量***获取货运车 辆车厢的相关参数，并生成搬运任务表单，下发至AGV车载控制***， 监视其任务执行过程；
AGV车载控制***，接收AGV调度***下发的搬运任务表单， 控制车体动作机构来执行取货、放货、充电和归巢任务，同时上报自 身运行状态和运行参数。
优选地，所述通过三维视觉定位与测量***获取货运车辆车厢的 相关参数，包括：
AGV调度***与三维视觉定位与测量***对接，获取货运车辆车 厢中心在深度相机坐标系中的位姿(x,y,β)、几何参数和车厢表面类 型；
其中，β为车体中轴线车头方向在深度相机坐标系中的角度。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的一种叉车式AGV对接生产线的 自动装运方法及***，利用AGV调度***、AGV车载控制***、三 维视觉定位与测量***、仓库控制***WCS、仓库管理***WMS/制 造执行***MES等多种软件***，通过多***数据交换、信号感知和硬件控制，实现货物从仓库出货口到货运车辆的全自动化装运。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面 将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而 易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域 普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些 附图获得其他的附图。
图1为本发明的***示意图；
图2为本发明中构建仓库出货口处装运***的示意图；
图3为本发明中部署三维视觉定位与测量***的示意图；
图4为本发明中AGV调度***接收取货装运任务的流程示意图；
图5为本发明中AGV调度***驱动AGV按照搬运任务表单执行 取货、放货任务的流程示意图；
图6为本发明中构建搬运任务表单前确定目标位置的示意图；
图7为本发明图1中***的网络拓扑图；
图8为本发明中三维视觉定位与测量***代替方案的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结 合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有 作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护 的范围。
一种叉车式AGV对接生产线的自动装运方法，包括以下步骤：
S1、构建仓库出货口处的装运***，并部署三维视觉定位与测量 ***；
S2、仓库管理***WMS/制造执行***MES向AGV调度***下 发取货装运任务，并由三维视觉定位与测量***对货运车辆车厢进行 视觉检测；
S3、AGV调度***根据视觉检测结果判断是否进入任务执行流程， 并回报执行状态、回报执行结果；
S4、AGV调度***进入任务执行流程后，依次构建放货位置清单、 搬运任务表单，并存入内部任务缓存；
S5、AGV调度***根据仓库控制***WCS、三维视觉定位与测 量***的检测结果，驱动AGV按照搬运任务表单执行取货、放货任务。
S1中构建仓库出货口处的装运***，包括：
在AGV顶部安装激光雷达，并在仓库出货口周围设置与激光雷达 高度相同的反光柱，构成AGV的反式导航***，并在仓库出货口处安 装用于探测货物托盘的光电探测器。
如图2所示，对构建仓库出货口处的装运***进行如下说明：
1)图中托盘所在开口是仓库出货口，与每个出货口垂直的虚线为 叉车式AGV正常行走通道的中轴线；
2)由于货车司机很难精准停车，因此货运车辆车厢并非与通道中 轴线完全平行，如B型货车车厢；
3)空心黑圈是反光柱，辅助AGV顶部的激光雷达进行定位，高 度与激光雷达大致相同，构成AGV的反式导航***，叉车式AGV由 于大部分作业均在开放空间或半开放空间中完成，安装于AGV顶部的 激光雷达任何时刻扫描的反光柱不能低于3个，且距离不能大于30米。
S1中部署三维视觉定位与测量***，包括：
在货运车辆停车位周围设置安装杆，并在安装杆上合适高度位置 悬吊用于对货运车辆车厢进行视觉检测的深度相机。
如图2所示，十字空心圆是悬吊于货运车辆车厢上方的深度相机， 与之相连的黑心圆是带悬臂的安装杆，安装杆及悬臂内部为空心，设 有深度相机所需的电源线和信号线，信号线与三维视觉定位与测量系 统的主机相连。
在安装杆上合适高度位置悬吊用于对货运车辆车厢进行视觉检测 的深度相机，包括：
测量货运车辆的长度l、高度H’，并设定车头与车尾的放宽长度l0， 并按照下式计算出深度相机的悬吊高度H：
H＝H’+(l+l0)×0.75，
其中，l0＝l01+l02，l01为车尾的放宽长度，l02为车头的放宽长度；
根据深度相机的视场角度θ对计算出的悬吊高度H进行调整，视场 角度θ越小，则悬吊高度H越高。
如图3所示，测量货运车辆的长度l为17m(目前国家准许最长运 输车辆长度)，高度H’为4m，放宽长度l0为3m，则计算出深度相机 的悬吊高度H为19m。
S2、仓库管理***WMS/制造执行***MES向AGV调度***下 发取货装运任务，并由三维视觉定位与测量***对货运车辆车厢进行 视觉检测。
S3中AGV调度***根据视觉检测结果判断是否进入任务执行流 程，并回报执行状态、回报执行结果，包括：
AGV调度***根据视觉检测结果判断不允许继续执行搬运任务 时，回报不可执行，并返回S2；
AGV调度***根据视觉检测结果判断允许继续执行搬运任务时， 回报可以执行，并进入任务执行流程；
AGV调度***周期性回报执行状态，并且无论搬运任务执行成功 与否，均回报执行结果。
如图4所示，具体过程如下：
1)下发与回报：上层***(仓库管理***WMS/制造执行*** MES)发出“取货装运任务”给AGV调度***，后者立即做出回应， 告知“回报收到任务”；
2)检测与确认：AGV调度***要求三维视觉定位与测量***进 行“车厢几何检测”，并“回传检测结果”；
3)回报与执行：三维视觉定位与测量***回传的检测结果不允许 继续执行搬运任务时，则“回报不可执行”，并返回S2；否则“回报 可以执行”，随后进入“任务执行流程”；
4)结束与回报：执行过程中，AGV调度***应上层***要求， 周期性“回报执行状态”，并且无论搬运任务执行成功与否，均需“回 报执行结果”。
其中，执行状态包括准备就绪(Ready)、正在执行(Running)、 暂停执行(Teminated)、执行结束(Finished)。执行结果包括执行成 功(Succeed)、因故取消(Canceled)、执行失败(Failed)。
S4中AGV调度***进入任务执行流程后，依次构建放货位置清 单、搬运任务表单，包括：
AGV调度***在获知货运车辆车厢几何参数、货物托盘的条件下， 先按顺序构建放货位置清单，再按顺序构建搬运任务表单。
S5中AGV调度***根据仓库控制***WCS、三维视觉定位与测 量***的检测结果，驱动AGV按照搬运任务表单执行取货、放货任务， 包括：
S51、AGV调度***通过仓库控制***WCS获取光电探测器的采 集信号，周期性查询出货位状态；
S52、若货位无货则继续等待，否则AGV调度***调度距离该出 货位最近的AGV执行取货任务；
S53、取货成功后，AGV调度***通过三维视觉定位与测量*** 查询车厢目标位置是否清空；
S54、若三维视觉定位与测量***回报车厢目标位置已清空，则AGV调度***驱动AGV执行放货任务，否则指令AGV继续等待；
S55、AGV调度***驱动AGV按照搬运任务表单继续执行下一个 取货、放货任务，直至全部结束。
如图5所示，具体过程如下：
1)任务构建：在获知货运车辆车厢几何参数、货物托盘的条件下， 先按顺序构建放货位置清单，再按顺序构建搬运任务表单，并存入内 部任务缓存；
2)准备取货：AGV调度***周期性“查询出货位状态”，如果 “货位无货”则继续等待；否则准备“调派AGV前来取货”；
3)调派AGV：如果场中AGV不止一辆，AGV调度***会选择 离出货位最近的AGV前来取货；
4)准备放货：AGV取货成功后，AGV调度***需要向三维视觉 定位与测量***“查询车厢目标位置是否清空”，如果视觉***没有 “回报车厢目标位置已清空”，则表示车厢中目标放货位不能满足放 货任务，AGV必须等待，反之则“指令AGV前去放货”；
5)执行结束后，AGV调度***从任务缓存中删除上述取货装运 任务，并驱动AGV按照搬运任务表单继续执行下一个取货、放货任务， 直至全部结束。
本申请技术方案中，一旦***在执行取货装运任务的过程中出现 了故障或异常情况，一般需要人工进行干预处理。
如图6所示，构建搬运任务表单前需要确定目标位置，叉车式AGV 从出货口取货成功，假定退后至P1，车头朝向为：P11→P1。对于A 型货车车厢，构建搬运P13位置的搬运任务表单如下：
其他P23至P93处的搬运任务表单构建算法依此类推，不再列表。 完成P13-P93(A型货车车厢左侧)的任务，即可开始K13-K93(A型 货车车厢右侧)的任务。
对于B型货车车厢，经计算可以在车尾纵向放置3个货物托盘。 则在完成M13-M83(B型货车车厢左侧)的任务后，继续完成N13-N83 (B型货车车厢右侧)的任务，最后完成M95、M96和M97(B型货 车车厢尾部)的任务。另外，P2也是出货口，AGV调度***也可构建 从P2搬运货物放置在A、B型货车车厢各点位的搬运任务表单。
一种叉车式AGV对接生产线的自动装运***，包括：
仓库管理***WMS/制造执行***MES，为制造类企业通用的系 统，用户可操控任何其中一个向AGV调度***下发取货装运任务；
仓库控制***WCS，实时采集仓库出货口处用于检测出货位是否 空置、带货托盘是否到位的光电传感器信号，根据预设逻辑和接收的 控制指令实现货物的入库和出库控制，并向其他***提供仓库所有或 指定库位的库存状态，响应其他***的联动需求；
三维视觉定位与测量***，利用深度相机获取的三维数据构成点 云数据，并利用计算机视觉分析算法，解析出视场范围内货运车辆车 厢的几何形状，同时解算出货运车辆车厢在以相机视场中心为坐标原 点的坐标系中的几何参数，并达送至AGV调度***；
AGV调度***，与仓库管理***WMS/制造执行***MES对接， 接收取货装运任务，通过仓库控制***WCS接收光电传感器信号，判 断AGV是否执行取货任务，通过三维视觉定位与测量***获取货运车 辆车厢的相关参数，并生成搬运任务表单，下发至AGV车载控制***， 监视其任务执行过程；
AGV车载控制***，接收AGV调度***下发的搬运任务表单， 控制车体动作机构来执行取货、放货、充电和归巢任务，同时上报自 身运行状态和运行参数。
通过三维视觉定位与测量***获取货运车辆车厢的相关参数，包 括：
AGV调度***与三维视觉定位与测量***对接，获取货运车辆车 厢中心在深度相机坐标系中的位姿(x,y,β)、几何参数和车厢表面类 型；
其中，β为车体中轴线车头方向在深度相机坐标系中的角度。
本申请技术方案中，由于深度相机容易受到环境(如上午、傍晚 太阳斜射)干扰，导致深度相机接收的点云数据污染度较高，将直接 影响视觉识别的准确性。因此，可在货运车辆停车位地面画出经纬线， 构成停车位棋盘。
如图8所示，停车位棋盘中的计量单位均为毫米，实际中相邻2 根经纬线之间的距离应该是50mm(图上不方便绘制)，人工容易判读 出车厢的四个顶点P1、P2、P3、P4的坐标。对于车厢的高度，一般地， 一种车厢的高度是恒定的，因此一旦记下几种车型的高度，则其高度 数据可在后续装运任务中一直使用。
如图7所示，本***总体要求AGV调度***、三维视觉定位与测 量***、AGV车载控制***处于同一局域网内，但因为需要与上层系 统(仓库管理***WMS/制造执行***MES)进行任务数据交换和辅 助***的数据交换，因此要求这两者需要网络连通。图中的仓库管理 ***WMS可以替换为制造执行***MES/企业资源计划ERP。
本***中所有设备和***均挂接在工业以太网总线上，带宽必须 是千兆级，叉车式AGV通过工业级WIFI(要求2.4G和5G两个频段) 挂接在工业以太网总线上。AGV调度***和三维视觉定位与测量*** 均应部署于专用工控机上。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管 参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员 应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不 会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范 围。
Claims (9)
1.一种叉车式AGV对接生产线的自动装运方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、构建仓库出货口处的装运***，并部署三维视觉定位与测量***；
S2、仓库管理***WMS/制造执行***MES向AGV调度***下发取货装运任务，并由三维视觉定位与测量***对货运车辆车厢进行视觉检测；
S3、AGV调度***根据视觉检测结果判断是否进入任务执行流程，并回报执行状态、回报执行结果；
S4、AGV调度***进入任务执行流程后，依次构建放货位置清单、搬运任务表单，并存入内部任务缓存；
S5、AGV调度***根据仓库控制***WCS、三维视觉定位与测量***的检测结果，驱动AGV按照搬运任务表单执行取货、放货任务。
2.根据权利要求1所述的叉车式AGV对接生产线的自动装运方法，其特征在于：S1中构建仓库出货口处的装运***，包括：
在AGV顶部安装激光雷达，并在仓库出货口周围设置与激光雷达高度相同的反光柱，构成AGV的反式导航***，并在仓库出货口处安装用于探测货物托盘的光电探测器。
3.根据权利要求2所述的叉车式AGV对接生产线的自动装运方法，其特征在于：S1中部署三维视觉定位与测量***，包括：
在货运车辆停车位周围设置安装杆，并在安装杆上合适高度位置悬吊用于对货运车辆车厢进行视觉检测的深度相机。
4.根据权利要求3所述的叉车式AGV对接生产线的自动装运方法，其特征在于：所述在安装杆上合适高度位置悬吊用于对货运车辆车厢进行视觉检测的深度相机，包括：
测量货运车辆的长度l、高度H’，并设定车头与车尾的放宽长度l0，并按照下式计算出深度相机的悬吊高度H：
H＝H’+(l+l0)×0.75，
其中，l0＝l01+l02，l01为车尾的放宽长度，l02为车头的放宽长度；
根据深度相机的视场角度θ对计算出的悬吊高度H进行调整，视场角度θ越小，则悬吊高度H越高。
5.根据权利要求3所述的叉车式AGV对接生产线的自动装运方法，其特征在于：S3中AGV调度***根据视觉检测结果判断是否进入任务执行流程，并回报执行状态、回报执行结果，包括：
AGV调度***根据视觉检测结果判断不允许继续执行搬运任务时，回报不可执行，并返回S2；
AGV调度***根据视觉检测结果判断允许继续执行搬运任务时，回报可以执行，并进入任务执行流程；
AGV调度***周期性回报执行状态，并且无论搬运任务执行成功与否，均回报执行结果。
6.根据权利要求5所述的叉车式AGV对接生产线的自动装运方法，其特征在于：S4中AGV调度***进入任务执行流程后，依次构建放货位置清单、搬运任务表单，包括：
AGV调度***在获知货运车辆车厢几何参数、货物托盘的条件下，先按顺序构建放货位置清单，再按顺序构建搬运任务表单。
7.根据权利要求6所述的叉车式AGV对接生产线的自动装运方法，其特征在于：S5中AGV调度***根据仓库控制***WCS、三维视觉定位与测量***的检测结果，驱动AGV按照搬运任务表单执行取货、放货任务，包括：
S51、AGV调度***通过仓库控制***WCS获取光电探测器的采集信号，周期性查询出货位状态；
S52、若货位无货则继续等待，否则AGV调度***调度距离该出货位最近的AGV执行取货任务；
S53、取货成功后，AGV调度***通过三维视觉定位与测量***查询车厢目标位置是否清空；
S54、若三维视觉定位与测量***回报车厢目标位置已清空，则AGV调度***驱动AGV执行放货任务，否则指令AGV继续等待；
S55、AGV调度***驱动AGV按照搬运任务表单继续执行下一个取货、放货任务，直至全部结束。
8.一种叉车式AGV对接生产线的自动装运***，其特征在于：包括
仓库管理***WMS/制造执行***MES，为制造类企业通用的***，用户可操控任何其中一个向AGV调度***下发取货装运任务；
仓库控制***WCS，实时采集仓库出货口处用于检测出货位是否空置、带货托盘是否到位的光电传感器信号，根据预设逻辑和接收的控制指令实现货物的入库和出库控制，并向其他***提供仓库所有或指定库位的库存状态，响应其他***的联动需求；
三维视觉定位与测量***，利用深度相机获取的三维数据构成点云数据，并利用计算机视觉分析算法，解析出视场范围内货运车辆车厢的几何形状，同时解算出货运车辆车厢在以相机视场中心为坐标原点的坐标系中的几何参数，并达送至AGV调度***；
AGV调度***，与仓库管理***WMS/制造执行***MES对接，接收取货装运任务，通过仓库控制***WCS接收光电传感器信号，判断AGV是否执行取货任务，通过三维视觉定位与测量***获取货运车辆车厢的相关参数，并生成搬运任务表单，下发至AGV车载控制***，监视其任务执行过程；
AGV车载控制***，接收AGV调度***下发的搬运任务表单，控制车体动作机构来执行取货、放货、充电和归巢任务，同时上报自身运行状态和运行参数。
9.根据权利要求8所述的叉车式AGV对接生产线的自动装运***，其特征在于：所述通过三维视觉定位与测量***获取货运车辆车厢的相关参数，包括：
AGV调度***与三维视觉定位与测量***对接，获取货运车辆车厢中心在深度相机坐标系中的位姿(x,y,β)、几何参数和车厢表面类型；
其中，β为车体中轴线车头方向在深度相机坐标系中的角度。
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