一、项目简介

现代造纸产业是国际经济的重要基础产业和支柱性产业。我国是世界第二位纸品消费大国和第三位纸业生产大国，但我国造纸企业装备水平比较低，纸品的包装及搬运、物流仓储自动化水平落后，急待改善。

本项目针对国内传统造纸企业落后的物流现状，探索和开发了应用于造纸行业的自动导引机器人（AGV），为造纸行业改善物流运输环节。提高了在搬运、仓储物流方面的自动化水平。

二、项目难点和目标

传统的造纸企业有着成形的配套物流运输环节，但其自动化水平落后，生产效率低，无法与现代化物流管理系统相结合。如何既保有现有造纸企业生产环节和厂房设计，又能将现代的物流仓储技术应用于其中成为了改善造纸企业物流仓储现状的一个难点。

AGV作为现代仓储物流系统的关键性设备，其可靠的性能和优秀的柔性系统设计成为了造纸企业物流系统改善的最佳选择。通过对所要进行试点的企业环境的考察，最终认定采用激光导航方式的AGV作为纸品运输环节的主要设备。

根据企业的生产需求，结合AGV系统的特点，针对应用于纸品搬运自动化过程的AGV系统，项目集中在以下几个技术重点和难点：

（1）多AGV系统调度的实现

（2）系统任务的集中管理和下达

（3）激光导航技术的实现

（4）AGV最优化漫游路径的选择

（5）AGV安全系统的设计

（6）AGV移载机构的设计

（7）AGV重载能力的设计

（8）AGV系统通信的实现

（9）AGV充电系统的实现

三、系统设计

3.1总体设计思想

根据造纸行业在该生产过程中的特点，决定采用叉式AGV系统完成货物的运输。配备AGV控制台统一进行多AGV之间的调度协调和自身系统管理。配备人机交互终端便于使用人员进行任务管理及下达。

3.2系统结构设计

该系统各组成部分之间采用无线以太网通信方式。任务管理操作终端与管理软件被分配在工作区的立式终端中，与AGV控制台之间采用无线通信方式进行数据传输。AGV控制台终端与AGV充电机被置于AGV工作区边，以便无线信号良好覆盖，与各AGV之间实现无线以太网通信。AGV充电机信号经由以太网IO模块经由通信线缆直接与AGV控制台互连。

系统通信结构

在日常使用过程中，用户仅需对位于工作区的任务管理终端下达运输指令和相关信息，管理软件即对所产生的指令下达给AGV控制台，从而AGV控制台分配AGV执行各运输指令。AGV的运动路径规划及调度管理，以及充电调度均由AGV控制台自行完成，无需人为管理操作。

任务管理结构

针对系统所应用的要求，其生产任务类型可以分为几种：

1）切纸机到纸品检查区的运输

2）纸品检查区到包装机的运输

3）纸品检查区到不合格品区的运输

4）切纸机到特殊存储区的运输

根据各任务类型的要求，设计现场AGV运输路径。由于从切纸机出来的托盘方向不一，故要根据其托盘方向，让AGV在需要进可以对托盘进行方向调转，以保证托盘运输到令包机上一致性的要求。

3.3多AGV系统调度的设计

AGV控制台内部调度逻辑

AGV控制台是AGV系统的中央管理器，它主要负责对整个AGV系统进行管理、调度和维护，其主要功能如下：

3.3.1．任务分配：

AGV控制台是AGV系统中的调度管理员，它向上可以与上级管理计算机相连接，向下通过无线局域网与系统中的AGV相连接，控制台可根据系统中上级管理计算机或外部配合信号情况，以及AGV系统的当前状况决定是否产生系统任务，并按一定的原则指派合适的AGV去完成任务。

3.3.2．避碰管理：

在多AGV系统中，AGV是按照各自的任务程序运行的，各AGV本身不能进行系统避碰协调,AGV系统控制台可根据系统中各AGV的位置与状态自动地发现可能发生碰撞的情况，并发出挂起指令，暂时停止低优先级AGV的运行，在碰撞的可能性消失时，能够发出指令解除AGV的挂起，允许AGV继续运行。

3.3.3．AGV充电管理：

当AGV系统中的多个充电站共用一个充电机时，或AGV系统中有多个充电机时,AGV系统控制台负责协调各AGV的充电顺序与充电时间，保证系统中各AGV的电量处于较佳的状态;当系统中有优先级较高的事件发生时,控制台还可强制解除指定AGV的充电操作。

3.3.4．控制台人工操作：

在AGV控制台上，操作人员可以通过屏幕的显示观察地图、AGV的位置与状态、系统任务的运行情况等，对系统的运行进行一些相关的设置，并可以对一些特殊情况进行查看和操作。

AGV在生产线中

3.4 AGV驱动方式的设计

目前国际上AGV多采用直流伺服电机驱动结构，在该项目中采用了交流电机，其驱动能力大于同体积的直流伺服电机，适合在体积紧凑的AGV应用环境下使用。与直流伺服电机相比较，其优点为：

1）免维护

2）体积较同级别直流电机更为紧凑

3）较直流电机，更加适应重载环境使用

由于AGV是由电池供电，因此针对交流驱动电机采用了交流逆变技术。借鉴了该领域国际上技术较为成熟的Danaher Motion的AC SuperDrive系列产品。从而实现了在AGV上用电池供电驱动大功率交流电机。

3.5 AGV移载机构的设计

根据造纸行业的特点，其生产工艺过程中该段的产品均由托盘承载，而且托盘种类很多，因此对于AGV移载机构的设计定位为自动可调距叉式结构。

对于该叉式移载设备的设计，借鉴了成熟的叉属具厂家的可调距叉属具，并在其结构上面增加了同步机构，以实现叉距调节时的双叉运动的绝对同步，从而适应托盘叉孔的精度要求。

叉属具结构

3.6 AGV充电系统设计

由于AGV所使用环境多为长时间连续不间断运行。故其充电能力是系统能力的一个重要衡量指标。对于该项目所应用环境和工作特点，AGV采用了镍镉电池组，并配备了地面快速充电站。

该电池及充电系统的特点为：

1）具备24小时连续运行能力

2）充电过程迅速

3）充电站施工简单

四、项目实施前后的情况对比

在该系统应用于本项目实施企业之前，原有纸品运输完全由人工来完成，存在着劳动强度大、可能产生人为伤害和设备损坏问题。同时，人工运输使纸品无法被物流管理系统进行自动追溯，无法实现自动化仓储物流管理。

该项目实施后，纸品的运输完全由AGV来完成。AGV的重复工作及路径固定等特点避免了以往周边设备的意外损坏，减少了工人的工作强度。另外，AGV的高可靠性和安全性使工人可以在AGV运行区域安全工作，避免以往的意外伤害。同时，通过AGV运输纸品，实现了纸品在运输过程中可以实时被物流管理软件所监控和追踪，完全实现了与自动化仓储物流管理系统的对接。

五、小结

该项目是AGV在国内造纸行业应用的一次尝试，在一定程度上改善了该造纸企业落后的物流运输环节。

国内造纸行业的整体自动化物流装备水平比较低，工艺技术水平相对落后，劳动生产率低。还有待进行更多研究以应用到实际生产过程中，从而改善国内造纸行业的整体自动化物流水平。本项目中所采用的一些思想日后也可推广使用到其它行业中相似的生产过程。