凱莎AGV無人駕駛物流搬運車

       AGV按照導航方式不同分為激光導航AGV，磁條導航AGV，和慣性磁導AGV,下面就三種不同的AGV做簡單說明如下：

1、凱莎TCC型激光導航AVC牽引搬運車
激光導航不需要在地面上鋪設磁條，地面上不在有實體的路線，通過在電腦上規劃出電子地圖，然后在墻壁上安裝反光板即可。通過反光板指引AGV的運行路線。        激光導航對強光直射要求較高（＜10000 Lux），應避免強光直射在激光頭上，否則會導致激光頭感應異常。        激光測量系統，能夠在激光束的幫助下在一個平面內掃描周圍輪廓，在一個二維極坐標下測量周圍環境。當一束測量光束照射到物體，它的位置會以距離，方向和角度來確定，用從光發出到經反光板反射到激光傳感器的傳播時間可以計算出物體的距離。

       一、凱莎AGV無人駕駛車輛在設計和應用方案上的優勢
       凱莎工業設備制造集團長期從事AGV車輛的研究和制造，總結和測試了各類型的AGV導航和控制方式，憑借多年的研發經驗，本著精益求精的設計理念，設計出來可以在室內室外不同環境下使用的新AGV系列產品，首先在導航的方式上，凱莎AGV應用了可以在室內室外使用的3D-SLAM激光定位導航技術，本系統采用3D激光雷達及3D slam定位導航算法為技術方案，具體優勢如下：
       1）方案部署的靈活性和便捷性
       凱莎采用激光場景地圖構建匹配定位既自然導航，無需在環境中部署輔助設施，無人倉庫場景的增加和擴建只需后臺操作增量建圖和配置即可。
       2）方案場景的廣范適應性
       凱莎采用3D slam建圖和多傳感器融合匹配定位，可在室內外各種復雜場景下實現高精度的定位導航。同步采用AI識別加激光檢測定位棧板及目標物，更加適應AGV各種棧板無人化倉庫搬運場景。
       3）方案的性能穩定性
       采用3D激光slam融合定位算法，可在相對復雜的環境下保持較高的定位精度和導航精度。
       4）方案場景運行高效性
       構建3d地圖與場景實物位置管理相結合智能調度管理系統，結合倉儲管理人機交互點位叫料管理系統app使得無人化倉儲更加柔性
       二、凱莎在無人駕駛叉車AGV應用系統功能的研究：
       2.1、AGV需要做什么？這是AGV的調度特性，無人駕駛車輛AGV應用系統需完成各個廠區車間目標任務自動搬運場景功能，主要是點到點對貨物的自動叉卸貨及車間之間室內外場景的自動導航搬運，完成調度系統按照生產需要下達的搬運任務。
       2.2、AGV如何去做？ 這就是AGV的導航特性，根據現場同步多任務的需求，需要部署多臺AGV協同調度工作，同時對接貨位管理系統及人機交互智能叫料系統接口實現整個倉庫貨物的無人化搬運管理，AGV車輛在導航功能的引導下，按照設定的路徑完成貨物的搬運。
       三、凱莎無人駕駛車輛AGV應用系統功能
       針對上述客戶倉庫無人化應用需求分析，現有成熟的無人駕駛叉車AGV的應用系統解決方案主要包括無人叉車本體系統和智能多機調度管理系統，具體的系統架構和軟硬件連接模塊如下：
       3.1無人叉車應用系統架構

圖3、無人叉車應用系統構成圖

       如圖3所示，無人叉車應用系統的兩大構成部分：智能多機調度管理系統和無人叉車系統。
       其中，智能多機調度管理系統部署在后臺服務器端，負責從人機交互智能叫料app管理系統獲取任務，并智能分派給空閑的無人叉車。同時，實時監控各個叉車的運行狀態，根據任務完成情況上傳到app終端。
       無人叉車系統是場地中自主化任務獨立執行設備，通過4G/5G網絡連接獲取后臺智能多機調度管理系統的調度指令，并根據具體下發的貨物搬運任務，根據自身位置和目的位置進行自主定位和導航，并根據貨物的信息自動完成叉卸貨或叉裝貨操作，并將自身狀態信息、任務執行信息等通過無線通信方式回傳到調度系統及叫料管理系統app，完成倉庫的無人化搬運和智能管理。
       3．2、凱莎無人駕駛車輛AGV控制系統
       無人駕駛車輛系統是整個應用系統中的執行單元，每臺AGV通過智能多機調度管理系統下發的導航任務，能夠自動完成目標貨物的自主導航搬運、自動叉卸貨以及貨物智能識別任務功能。每臺AGV本體基本包括自主定位導航模塊、自動叉卸貨模塊、底層傳感器集成與運動控制模塊、多重防護報警模塊、電量監控與自主回充模塊等功能。

圖4、無人叉車系統集成算法功能模塊圖

       3.3、自主定位導航模塊：
       自主定位導航是AGV車輛系統中的核心算法模塊，主要包括以多線激光雷達3D slam算法進行倉庫場景3D地圖構建，同時結合slam匹配定位及叉車里程計、imu實現多傳感器融合高精度定位，并結合實地貨物目標位置生成全局最優路徑規劃和航跡跟蹤控制。
       （1）3D場景地圖構建：利用3D激光雷達和SLAM算法完成倉庫工作場景地圖構建。

圖5、3D SLAM倉庫環境地圖構建

       3d地圖構建的具體功能性能如下：
       1）、三維建圖面積達到百萬平方米
       2）、地圖構建柵格分辨率5cm
       3）、移動障礙占地圖面積不大于30%可以實現建圖功能
       4）、可以對地圖進行二次編輯
       5）、基于全局地圖信息匹配算法的強制閉環功能
       （2）多傳感器融合匹配定位：結合里程計、IMU數據，利用激光雷達實時掃描點云數據與場景地圖進行高精度匹配定位。

圖6、多傳感器融合匹配定位原理

圖7、3d slam激光雷達點云實時匹配定位場景

       多傳感器融合高精度匹配定位性能如下：
       1）、融合后的輸出定位頻率50HZ，滿足快速運動場景下定位要求。
       2）、室內場景下，平均導航過程定位精度達到2cm以內，任務點重復定位精度在1cm以內；
       3）、室外大場景下，平均導航定位精度達到5cm以內，任務點重復定位精度在2cm以內；
       4）、在環境變化不大于30%的條件下，保持穩定定位精度。
       注：以上是軟件算法層面經驗定位精度數據，無人叉車實際達到定位精度因驅動器性能、底盤執行情況有所差異；
       (3)、路徑規劃與航跡控制：路徑規劃導航是無人駕駛車輛核心功能，根據智能多機調度系統的任務下發，利用混合A*算法給出兩個路徑點間最優運動的路線，同時根據避障信息的局部規劃功能做出具體的行為規劃和精準的航跡控制。

圖8、路徑規劃和航跡跟蹤控制運行場景圖

       3.4、凱莎AGV車輛傳感器集成和運動控制模塊：
       凱莎無人駕駛車輛AGV系統中的底層硬件及運動機構，主要包括對AGV本體及安裝的各傳感器信息的集成、車輛運動模型、驅動電機控制以及執行路徑規劃下發的線速度和角速度信息�？刂瓢逡許TM32為主控，實現車輛本體的驅動和方向控制的單舵輪驅動模型，并適配多家驅動器廠家。
       3.5、自動叉卸貨模塊：
       凱莎無人駕駛車輛AGV系統中的應用功能，主要根據智能感知與識別定位模塊的輸出的棧板定位信息和棧板所處的高度信息，同步利用叉車精確定位和叉貨升降傳感器自動檢測數據，控制AGV本體機構精確運動，實現對貨物的自動叉卸。
       3.6、場景棧板識別及精確定位模塊：
       凱莎AGV以深度相機或TOF雷達融合搭建智能識別定位模塊，通過神經網絡深度學習方式識別常用棧板模型孔位并通過激光雷達精確測量計算叉孔定位坐標信息(x,y,z,θ)。

圖9、場景棧板AI識別和精確定位

       3.7、多重安全避障防護及自動報警模塊；
       凱莎無人駕駛AGV車輛的安全防護至關重要，系統加裝了多重安全避障防護及報警機制，以保證其在工作環境中的安全運行：
       1）預警防撞激光雷達，建立AGV實時運行的周身3級區域防護；
       2）紅外、緩沖防撞條特殊部位防護；
       3）防跌落設計；
       4）當AGV車輛狀態異常，聲光報警器等機構；
       5）日志狀態監控異常，遠程介入操作；

圖10、W系列非接觸防撞激光雷達3級IO輸出區域設置

       3.8、電池電量監測及自動回充功能模塊；
       底層控制板上的傳感器集成AD采集實時監測無人駕駛車輛的電池電量情況，根據所設閾值，當監測電池電量低于該閾值時，AGV控制系統自動上報自身電量低狀態，調度層下發指令后，該叉車自主導航到充電區完成對位充電功能。
       3.9、凱莎無人駕駛車輛AGV系統各模塊數據流構成：

圖11、凱莎無人叉車系統各模塊數據流設計架構

       四、智能多機調度管理系統
       智能多機調度管理系統是整個倉庫無人駕駛車輛應用系統的管理中心，根據人機交互智能叫料app管理系統發下的任務以及場景中無人車輛的運行狀態和場景地圖，實時制定場景中車輛的工作任務和導航路徑。依據效率時間優先原則，合理分配每臺AGV工作任務和導航路徑。

圖12、凱莎智能人機交互點位叫料管理系統軟件v1.0

圖12、凱莎智能多機調度管理系統軟件v1.0界面

       如圖13所示，整個智能多機調度管理系統包括4個軟件部分模塊

圖13、智能多機調度管理系統4大軟件模塊

       （1）人機交互點位叫料智能管理軟件數據交互接口軟件模塊；
       人機交互智能叫料倉庫管理系統是整個自動化系統的頂層任務需求方，根據不同的工廠貨物自動化搬運需求，制定與叉車調度系統之間的通信接口協議，通過該接口向上接收點位叫料管理系統下發的工作任務并給予反饋；
       （2）智能調度算法軟件模塊；
       智能調度算法模塊是整個系統的核心部分，負責根據倉庫管理系統發下的任務以及場景中叉車的運行狀態和場景地圖，依據效率時間優先原則，合理分配每臺叉車工作任務和導航路徑。
       （3）以太網TCP（wifi/4G/5G）與無人叉車系統數據交互接口軟件模塊；
       該接口協議模塊負責智能調度系統與無人叉車系統的數據交互，通過wifi/4G/5G進行數據傳輸。主要將調度系統的任務指令及執行路徑信息發送到指定的無人叉車，并實時反饋當前無人叉車的必要信息。
       （4）可視化智能調度系統人機交互界面監控軟件模塊；
       實時顯示當前場景內所有無人叉車的位置、運行狀態、任務狀態、堆貨區狀態等信息�？梢员O控無人叉車異常報警信息，進行遠程控制。同時，擁有日志記錄、數據保存上傳查詢等功能。
       五．凱莎無人駕駛車輛GV應用系統硬件架構
       凱莎LS-3Dslam無人駕駛車輛應用系統硬件模塊是AGV應用系統解決方案各算法軟件模塊的運行平臺，主要通過前端對激光雷達、攝像頭、超聲波、紅外等各類傳感器數據融合處理，配置高性能處理器實現對叉車環境的感知、建圖、匹配定位等功能，同時結合后臺服務器部署智能多機調度管理系統、底層控制模塊及軟件開發接口，使用戶可以完成對各種應用場景類無人叉車開發部署。

圖14、凱莎無人叉車應用系統硬件平臺架構

       六 ，凱莎無人駕駛車輛的規劃部署流程
       1、前期準備
       根據客戶倉庫環境、貨架存儲及棧板容器信息，選擇適合的叉車進行本體無人叉車調試，同時搜集場景中信息進行調度系統類仿真模擬運行部署。
       2、無人駕駛AGV系統單車整體功能調試
       根據單臺無人叉車進行各個單臺的功能模塊調試，包括建圖定位導航、棧板容器精確識別定位、自動叉卸貨移動、安全防護避障傳感器功能及wifi/4G/5G網絡接口通信功能，使單臺無人叉車系統能夠完成從貨堆到貨堆無人化搬運功能穩定測試。
       3、客戶現場部署
       （1）、根據客戶現場倉儲物流分布，首先對AGV工作區進行劃分。
       （2）、以調試好的任以單臺叉車按照既定路徑完成AGV倉庫工作 環境的3D場景地圖構建
       （3）、將構建好的場景地圖與實際倉庫工作區位置坐標進行變換對應，并存儲到智能調度系統進行位置信息管理。
       （4）、將建立好的地圖共享分發到每一臺場景中要部署的AGV系統。
       （5）自動卸貨流程描述如下：
       1）人機交互點位叫料管理系統app：發布搬運任務清單（……）；
       2）智能多機調度管理系統：調配叉車執行任務（例如：時間、卸貨、1號位、1號車、路徑、堆放區）；
       3）AGV系統本體功能執行：

       4）重復執行，直至任務完成，返回任務狀態信息；
       5）任務結束，返回叉車充電放置區或執行下一任務；