基于5G网络技术的AGV自动导引运输车设计

1.行业背景

AGV（Automated Guided Vehicle）即“自动导引运输车"，是指装备有电磁或光学等自动导引装置，它能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，AGV优势包括：1）自动化程度高：2）充电自动化；3）美观，提高观，赏度，从而提高企业的形象；4）方便，减少占地面积，生产车间的AGV小车可以在各个车间穿梭往复。随着物流系统的迅速发展，AGV的应用范围不断扩展，AGV系统能够广泛运用于工业、军亊、交通运输、电子等领域，具有良好的环境适应能力。近年来，在国内工业机器人需求量激增以及“中国制造2025”、智慧物流等各项政策的保驾护航下，我国AGV机器人销售量持续增长。

而5G下行峰值速率20Gbps，它的速率达千兆级4G网络的20倍，AGV移动机器人在应用过程中，接受信息、任务指令势必更加高效快捷。5G网络时延低至1毫秒，5G比较4G网络，端到端延时缩短5倍。5G详细技术参数见下图：

利用5G比Wi-Fi更高效的传输速率，更可靠的传输方式，为多AGV协同作业技术提供了充分的技术保障。并且5G通信可联网设备数量增加10-100倍，覆盖面积更广泛（传输距离达10KM），这意味着可以因为网络技术的改进而更好的获得整体数据信息，为方案设计提供更有效快捷的数据分析。也在一定程度上节省了网络通讯上的成本。

2.业务需求分析

随着收益与消费升级和智能制造发展，近年来我国自动化物流装备市场规模快速增长，2016年达到了758亿元，环比增长30.02%，预计2022年将突破2600亿元。AGV是实现自动化物流的重要设备之一，未来随着自动化物流的发展，AGV的市场前景将非常好。

项目内容

1.产品简介

产品采用5G通信技术，联通管控与各台AGV间的通信，协同模式采用管控系统统筹所有AGV宏观运动状态，同时，为多台AGV分别分配主/从AGV角色，从AGV跟随主AGV进行微观运动调整。基于5G通讯低延时，高并发、稳定可靠的优势，实现多AGV高精度、稳定可靠地协同作业。

2.产品设计理念

AGV间交互协同设计。多台协同AGV根据角色分配为主AGV与从AGV，并分别在AGV导航系统内部部署协同模块。主AGV内部开放5G通讯服务端口，从AGV内部部署5G通讯客户端。从AGV可向5G网络向主AGV申请当前位姿，同时，结合自身位姿与主AGV位姿，通过位置闭环控制算法，实现对主AGV的位置跟随，实时控制任务执行过程中的同步偏差。

安全设计。AGV车身控制非常注重安全设计，安全生产是首要考虑的问题，安全设计主要从软件和硬件两方面，软件上设计有故障诊断功能，当检测到系统任何部件或功能执行故障时，将立即执行停止操作；硬件上AGV车体设计有三层被动安全防护

运动设计。运动系统包含2台舵轮和若干个万向轮，舵轮是带转向和行走功能的动力总成，车体结构如下图所示。

导航设计。导航系统采用基于自然轮廓的激光SLAM导航方式，该方式具有应用场景改动小，现场布置实施快等优点，导航行走过程中采用SLAM导航精度可达±20mm，结合其他二次定位方式，可以实现±5mm的定位精度。

管控设计。管控系统用于对所有协同AGV的管理与控制，包括任务下发、启停控制，以及同步逻辑处理。在所有协同AGV均上报完成某一任务后，管控系统才下发放行指令，AGV才能继续执行后续任务，确保每项任务执行开始时刻，同步偏差不会累积。

3.产品设计框架

多AGV协同框架示意图

多AGV协同数据流示意图

项目方案

1.工作方法

管控调度管理。管控系统为多AGV上层调度管理系统，所有AGV的动作均由管控系统统一控制。在管控系统中，AGV的行走、停止、举升等动作均被规划成一项任务。AGV在收到管控系统下发的任务后，首先会将任务解析成AGV内部算法可以识别的运动类型，然后等待管控系统下发放行指令，便可以开始执行任务。

AGV间交互协同。每台AGV因为执行电机、驱动器、地面平整度等因素的差异，即使由管控系统保证了同一时刻启动执行相同任务，但是任务执行过程中，也必然存在差异，从而造成任务执行过程的同步偏差。为了控制这类同步偏差，增加AGV层面信息交互，从AGV会根据主AGV的当前位姿，实时调整自身行走速度与方向，来保证单项任务执行过程中，同步偏差控制可接收范围内。

2.项目优势

管控系统的调度管理功能，可以实现多AGV的统一管理与控制，比如任务下发、控制启停，汇总信息并进行同步控制等，保证多AGV在开始执行每项任务时的同步性；

AGV间交互协同功能，可以实现从AGV对主AGV的实时位姿跟随，控制任务执行过程中的同步偏差；

AGV基于自然轮廓的 SLAM激光导航，可以实现在最小的环境改动量的情况下，灵活应对路线与任务变更，快速部署实施，并达到应用所需要的定位与导航精度；

基于5G高带宽、低时延的特性可以使AGV轻量化，运算放在边缘云集中部署；

基于5G高并发特性可以在同一工段同一时间点由更多的AGV协同作业；

基于5G成熟完善的安全策略可以确保生产过程以及生产数据安全可靠。

产业效应

1.产品定位

填补市场空白：目前汽车行业、家电制造等生产物流端为中国AGV主要需求市场，除了工业级的应用外，电商仓储物流、烟草、电子行业等行业也为AGV贡献了少部分市场份额，部分重载AGV也应用于港口物流等重型规则物料的搬运。但是由于受到AGV机械结构的限制，在化工、航空航天、铁路、桥梁建筑等领域存在大量空白市场。基于5G技术的多AGV协同作业技术能够轻松实现大型物料的运输工作，从而填补化工、航空航天、铁路、桥梁建筑等领域的空白市场。

2.产品社会效益

打破技术垄断：目前国内AGV多车联动技术尚属空白阶段，而国外AGV协调同步项目技术已应用于能源、航空航天、电力施工、冶金、化工等领域。多车联动项目对AGV在运输行走过程中的平台稳定性、车辆位置误差都有极高的要求，而该项目的顺利完成在填补国内该项技术空白的同时，也打破了国外在AGV协调同步项目上的垄断地位。

带动行业发展，助力“智能制造2025”：AGV行业与国家发布的《中国制造2025》的产业政策密切相关，是国家重点扶持的行业。AGV在智能工厂中是个非常重要的模块，从智能工厂中的智能机械设备，自动上下料，再到完全无人的物流运输搬运，它是一个重要的一个环节。基于5G技术的多AGV协同作业技术不断创新提升产业价值，引领智能AGV小车的研发革新，为推动中国AGV产业发展助力“智能制造2025”注入了强劲动力。
来源；通信世界