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摘要：近几年来，电商行业得到了迅速的发展，而其中一个重要的组成部分就是物流，物流的效率直接关系着电商行业的发展。基于AGV的自动化物流系统其在对快递的装载、搬运等过程中用到了大量的机器人，这在很大程度上提高了物流的工作效率
关键词：AGV；自动化物流系统；控制系统
目前，网购已经成了人们生活中不可缺少的一部分，购买者对物流配送的速度也是极其的关心，配送的速度不但能够增加网购的即时性，还能在很大程度上提高购物者的购物体验。在物流系统中，仓库物流不但需要大量的人力和财力，还需要较长的时间，出错率还比较高。结合这种种问题，本次将智能AGV小车与自动化物流系统结合在了一起，基于AGV的自动化物流系统不仅在未来的物流行业发展中有着极大的作用，还会在其他行业中发挥出巨大的应用价值。
1、自动化物流系统的发展现状
目前，我国的自动化物流大都是依靠大型的物流设备来完成的，虽然效率有所提升，但是设备的大型化就需要场地的大型化，尤其是大型仓库中，而在一些中小型的仓库中就不能更好的应用。在自动化物流中，我国比较先进的就是自动分拣机，其由系统进行控制，并且有较长的传输线（50 m以上），还会配备相应的机电一体化设备和控制软件，需要建立高为10～15 m的立体仓库，最小的占地面积一般都在2000 m2以上，这也极大的限制了自动化物流的发展。目前，我国的自动化物流中只有很少一部分实现了自动化，还是一些大型的物流公司，而在一些中小型企业物流工作都是通过人工来完成的，当货物到达仓库后，物流员扫描快递包裹上的条形码将其录入系统，将其分类，待达到一定的数量时，再将其运送到相应的仓库区域，但是这样不但效率低，并且还会对货物造成损坏，物流成本也就比较高。对于中小型企业来说，建立自己的自动化物流系统造价太高，而且后期的维护、设备升级等都需要大量的资金，所以就依旧用人工物流进行，这对自动化物流的发展造成了极大的阻碍。
目前，AGV小车的制造、购买等成本都在不断的降低，在前期的开发中成本的投入也在慢慢的降低，并且AGV小车系统的使用也不会受到场地的限制，尤其可以被应用在多种条件下的物流中心，只需要根据场地的大小增加或减少AGV小车的数量即可。
2、基于AGV的自动化物流系统
使AGV小车的运动保持在可控的状态下是AGV自动化物流系统正常运行的前提。本次研究中结合了AGV小车的理论模型，对其运动状态进行了分析，进而对AGV软件 和硬件的组成进行了分析。
2.1AGV小车的运动分析
（1）AGV小车的运动状态分析
本次所选取的AGV小车模型为两轮驱动小车，其运动状态如下图1所示。以动力学原理和刚体转动原理为依据，对AGV小车的速度进行分析后发现，在任何时刻其车体的速度瞬心均为O，小车在任何时刻其转动的中心点均为O点。
图1 AGV小车的运动状态图
上图中的V1和Vr均表示的是小车左轮轮心相对于地的线速度，两轮之间的距离用L表示，R和ω表示的是，当瞬心为O时，小车的转弯半径和角速度，P和θ分别表示的是小车的位置和角度偏差。
根据图1可计算出，小车在任意时刻t，其绕O 的转弯半径R、ω以及两轮相对于x和y轴线速度：
Vx=vsinθ （3）
Vy=vcosθ （4）
将上述（3）和（4）分别积分后得出：
上述的x0、y0为小车在瞬心O 初始时刻的坐标， 
为同时刻的方位角。对上述公式进行计算后就可得出小车在初始条件下的运动状态，而此时，通过对小车两个车轮的转动速度进行调节，就能够对小车的运动状态进行实时跟踪，进而使小策划能够按照我们设定好的轨迹去运动。其中还会存在运动的偏差，但是只要对两车轮的转速进行调整，就可以对小车的运动状态进行调整，以此来减小其中存在的偏差。
2.2AGV系统总体构架的设计
如果要将AGV更好的应用在自动化物流系统中，就需要AGV在结构上比较简单，并且容易被控制。但是在AGV物流系统中，工作量是非常大的，所以为了使自动物流系统能够正常的运行，就需要适当的增加AGV小车的数量。但是这又会增加制造AGV小车的成本，那么如果想让中小型企业都能够用得起自动化物流系统，就要将AGV小车的硬件结构设置的简单一些，并且便于控制，通过此来降低AGV小车的成本。为了满足以上的条件，AGV小车的控制系统主要有6个模块（如下图2）。系统开始工作，上位机就会通过无线wifi模块将信号发送给Arduino控制模块，Arduino控制模块就会根据接收到的信号对AGV小车进行控制，促使其沿着设定好的轨迹进行运动，当小策划到达设置好的目的地后会停车等待相应的时间，在此时间段内，舵机模块会根据所接收到的信号进行舵机翻转完成卸货，然后AGV小策划会根据设定好的路线轨迹返回。
图2 AGV系统总体构架图
2.3AGV硬件系统
（1）Arduino控制模块
Arduino是基于开放源代码的软硬件平台，其中的Arduino硬件则是平台中的一个电路板，电路板中有微控制器IC、排母、稳压器IC以及USB。由于Arduino软件中具有文本编辑器，对Arduino进行开发时，则可通过此编辑器来对原始的程序进行编写和修改，最后将编写好的软件程序写入Arduino电路板中。Arduino还属于一个硬件系统，其中有接口可与计算机等进行连接，还同时支持SPI、IIC、UART等多种串口之间的通信。当其对外界环境进行感知时，可通过多种传感器来完成。在AGV小车的控制系统中，Arduino模块是最基本的，也是最重要的。其控制着其他模块对信号的接收情况和实施情况。
（2）无线wifi通讯模块
无线wifi通讯模块所接收到的指令是由上位机发出的，其接收到上位机发出的指令后，会对接收到的指令进行处理和转换，再将其传输给Arduino控制模块，在信号发出与执行的过程中，无线wifi通讯模块起到了一个数据转换的作用。
（3）电源模块
整个自动化物流系统能不能可靠的运行直接取决于电源模块的可靠性，AGV硬件系统中的电源模块不但为整个系统提供了充足的电源，还为其他模块提供了可靠的工作电压和需要的能量。其主要还是为Arduino控制模块提供电源，这是由于其他模块均能够通过Arduino控制模块来获取到所需要的供电电压。为了使电源模块更加简单，一般采用了12V的锂电池，不但效率高，并且还安全、环保。
（4）电机驱动模块
电机驱动模块驱动直流步进电机进行转动，促使AGV小车运动。此模块中包含了电机的驱动和智能控制，其能够对AGV小车的运行速度进行有效调节。
（5）舵机模块
舵机模块是AGV控制系统中遥控模型、人型机器人等控制动作的动力来源。舵机与放货物的托盘相连接，当舵机翻转到90°时，托盘就会翻转，将AGV小车上的货物翻转到相应的区域。
（6）AGV小车模型
以上述各个模块的作用以及相关零部件的选型，本次做出了能够促进自动化物流系统运行的AGV小车的模型（如下图3所示）。
图3 AGV小车的模型图
3、结束语
总之，基于AGV的自动化物流系统将物流工人们从单调重复的高强度工作中解放了出来，不但提高了物流工作的效率，还提高了物流的准确性。在一定程度上极大的节约了物流的成本，这也为今后物流行业、电商行业的发展提供了捷径。
参考文献：
[1]刘懿锋，张瑜洁.自动化物流系统中AGV小车系统的应用探讨[J].中国设备工程，2018（16）：135-136.
[2]孙富奇.远能：专注智能AGV 助力企业快捷生活——专访广州市远能物流自动化设备科技公司副总经理刘立忠[J].中国储运，2018（08）：78-79.
[3]周忠太.多AGV物流分拣系统的设计与关键技术研究[D].华南理工大学，2018.[4]陈胜军.基于多台AGV调度的物流分拣系统[D].深圳大学，2017.
[5]张西磊.多潜伏式AGV物流系统相关技术研究[D].哈尔滨工程大学，2017.
[6]郝一名.AGV系统作业调度策略研究[D].山东大学，2016.（16）：135-136.
论文作者:叶飞
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/5/27
标签：小车论文; 模块论文; 物流论文; 物流系统论文; 舵机论文; 系统论文; 状态论文; 《基层建设》2019年第5期论文;