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May 20,2019

蜂窝无线专网释放AGV机器人潜能,助力仓储物流更智能 ——HUAWEI仓库物流自动化项目

HUAWEI是全球领先的信息与通信(ICT)解决方案供应商,致力于构建更美好的全联接世界。HUAWEI坚持围绕客户需求的持续创新,与合作伙伴开放合作,在电信网络、企业网络、终端和云计算等领域构筑了端到端的解决方案优势。通过全球专注敬业的17万名HUAWEI人,致力于为客户创造最大的价值,提供有竞争力的ICT解决方案、产品和服务。
杭州海康机器人技术有限企业起步于全球安防排名首位的海康威视(002415)的机器视觉业务部,依托海康威视在视音频处理、成像采集、硬件设计与核心精密算法等领域的技术积累,海康机器人主攻智能制造,开拓机器视觉、移动机器人以及行业级无人机等业务领域,满足智能制造需求,智慧领航内物流变革。
HUAWEI联合海康机器人努力突破AGV机器人在仓储物流环节的应用瓶颈,基于HUAWEIeLTE-U必威体育级的无线专网方案承载海康仓储AGV机器人的调度控制,在HUAWEI东莞松山湖某HUB仓库内首创使用,以高性能的无线通信承载,助力仓储AGV在智能化,无人化领域再上新台阶。
 

一、项目概述
为了建立HUAWEI东莞松山湖HUB仓自动化物流网络,海康机器人基于HUAWEI创新的eLTE-U无线专网方案,为该仓库提供仓储自动化AGV解决方案,大幅提高仓库运作效率。
1. 项目背景
自动导引运输车(Automatic Guided Vehicle),简称为AGV,是指装备有一种或多种光学、惯性或电磁等自动导引装置,能够沿预先设定好的路线自动导引自主运行的搬运车。AGV具有高智能化、无人驾驶、行驶路径灵活、节省空间、可适于危险环境、无污染、无噪声等特点。把AGV应用在物流生产运输过程中,可以达到及时、快速、规模优化、成本低、易于管理的目标。AGV小车是物流仓库自动化、智能化的体现,是自动货架区和电子标签拣选区的连接纽带,是整个立体仓库自动化的必须工具。

2. 项目概况
为了实现HUAWEI企业 “在三年内建设完成数字化自动物流网络”的战略目标,在HUAWEI东莞某HUB仓内基于HUAWEIeLTE-U无线专网承载海康自动化仓储系统的核心装备—AGV的无线通信,实现物料到达后在仓库内的自动转运与管理。


图1-1整体组网架构图


 
HUAWEIeLTE-U必威体育无线网络和海康AGV的组网架构如上图1-1所示:在目标仓库内部署HUAWEIeLTE-U无线基站和天线,基站通过有线传输资源连接到中心机柜的eCore核心网,海康AGV调度系统RCS与eCore核心网连接;集成了HUAWEIeLTE-U无线通信模块的30多台海康AGV通过参数配置,接入上述eLTE-U无线网络(实际无线网络设备部署和AGV应用场景如下图1-2所示):


图1-2应用场景和设备部署图


 
HUAWEIeLTE-U无线专网方案采用5.8GHz共享频谱,兼有LTE的高性能和共享频谱的便捷性,是解决工厂内网AGV等智能装备无线连接的理想方案。
由HUAWEIeLTE-U必威体育级蜂窝无线专网、海康智能仓储AGV机器人、机器人调度系统(RCS)和智能仓储管理系统(iWMS)四大核心模块组成的智能仓储解决方案,以机器换人为核心理念,工人只需在工作台操作终端进行必要的操作,就可实现仓库“货到人”的理念。

3. 项目目标
在HUAWEI东莞HUB仓库约7000平方米的范围内,从仓储业务出发,实现采购入库、生产入库、生产领料、成品出库等各项仓储业务需求;从技术方面出发,运用必威体育级无线互联通信控制技术、多视觉与惯性导航协调技术,及激光、立体视觉、红外、超声、声光等多传感器融合技术,实现AGV精确定位、路径规划和集群交通管制,实现智能仓储物流模式。



二、项目实施概述
项目实施前对需求仓库进行实地考察,为其定制了针对性的解决方案,项目的总体框架和主要内容如下:
1. 项目总体架构和主要内容

(1)项目整体系统框架


图2-1 系统框架图


 
WMS:仓储管理系统 (WareHouse Manage System),划分为RCS_WEB(含RCS)、WMS(含TPS)、监控客户端(含AMS)、出入库客户端、扫描枪客户端。引导库房内的作业流程,其核心的功能是跟踪库存变化,负责控制物料在仓库中流动的整个过程。
ECS: 设备控制系统(Equipment Control System),负责设备的配置和控制,不负责业务相关的逻辑,系统需要和RCS、WMS、TPS、工作台、监控客户端进行交互。
RCS:机器人控制服务(Robert Control Server),通过无线网络承载调度服务器与AGV之间的通信,负责维护AGV活动的世界模型,控制AGV在仓库中实行任务。
AMS:告警管理服务(Alarm Management Server),负责AGV告警数据信息的收集、处理和汇报工作。
第三方WCS: 主要承接WMS下达的任务,管理并调度AGV、RGV(穿梭车)、无人叉车、升降机、堆垛机、传送带等硬件设备完成货物的搬运工作。
SAP:数据处理应用系统(Systems,Applications and Products in Data Processing),是一款企业管理解决方案的App,可以应用于仓库物流管理中,帮助企业实现和客户的交流互动。


(2)运作基本流程
①叉车将整托物料送至入库交界区→人工生成LPN码并用叉车运送至入库接驳点-AGV搬运放有整托物料的单层货架到系统指点库位;②系统发起出库任务→拣选人员根据出库单任务触发物料出库→AGV将相应物料搬运至出库工作台→拣选人员进行物料拣选、扫描打印、包装等工作→叉车在出库接驳点将出库物料搬运至出库交接区→贴装箱清单唛头→装车。


图2-2 AGV在仓库运作示意图

2. 网络互联架构

(1)eLTE-U必威体育级无线互联技术
eLTE-U是兼备LTE的空口性能和Wi-Fi易部署特性的新技术,用LTE技术解决了WIFI的频谱干扰,同时又在共享频谱下实现。一般干扰等级下,Wi-Fi无线技术吞吐率等性能下降50-70%,eLTE-U仅有略微下降(不超过20%),,强干扰时,Wi-Fi无线技术已基本无法正常使用,eLTE-U网络的吞吐率性能虽然也有较大幅度的下降(30%),但通过业务优先级QoS管理,可以保障核心关键业务的持续正常通信。
 

图2-3HUAWEIeLTE-U网络的基本架构图


 
(2)仓储AGV的业务功能模块和架构


图2-4 AGV业务功能模块架构


 

3. 数据架构和应用
AGV调度系统的数据架构包括AGV本身控制数据、eLTE-U网络管道数据、RCS机器人控制系统数据、仓储管理系统WMS数据。


图2-5 数据架构示意图


 
数据应用:通过二维码信息、位置/状态信息实现对AGV精确定位、路径规划和集群交通管制,AGV与调度系统间的数据信息交互如下:
AGV以100ms级为周期上报心跳数据给调度系统,该数据包含AGV位置、电量等信息,调度系统根据接收到的信息对AGV路径进行规划,并将调度指令通过心跳数据确认信息下发给AGV指引其行驶至目的地,并在AGV电量不足时指引其自动充电。为防止故障导致AGV失联,当AGV超出设定的时间收不到调度指令时会自动停止,同时调度系统将AGV最后一次上报的位置信息一定范围内的路径设置为不可用,并重新规划其余所有AGV行驶路径,防止一辆AGV故障导致AGV整体调度出现混乱。

4. 安全及可靠性
项目通过HUAWEIeLTE-U无线专网实现海康仓储AGV设备通信数据的传输承载,可能涉及的安全风险包括:

(1)网络通信安全:数据在网络通信过程中被修改或截获,包括感知终端与网关、网关与平台、平台与应用、应用与用户之间等。
(2)数据安全:包括数据篡改、丢失。
(3)系统安全:非法用户或设备的攻击、网络攻击。针对以上安全风险,项目引入的安全措施如下:
在AGV的安全防护方面,增加了激光避障、急停按钮和碰撞条等功能。
 
三、下一步实施计划
1、仓储物流领域的扩容和复制
以HUAWEI松山湖HUB仓项目为样板,扩大应用范围和规模,并扩展仓储物流无线互联业务类型,由AGV业务向扫码枪接入、移动办公等更广泛的必威体育无线互联扩展。

2、拥抱开放–深耕行业生态
后续将以松山湖HUB仓“海康AGV系统+HUAWEIeLTE-U无线专网”的成功案例为基础,联合海康机器人开展业务应用创新,并联合推进AGV的标准化工作。


四、项目创新点和实施效果
本项目关键技术实现的依据是前期开发实现的技术成果(拥有自主常识产权的科研成果及技术积累等),主要包括:
创新性一:基于共享频谱的eLTE-U高性能无线专网承载AGV调度控制通信
  1. 共享频谱组网:承载AGV通信的无线网络采用HUAWEIeLTE-U无线专网方案,将LTE技术构建在5.8GHz共享频谱上,解决了非运营商企业建设无线物联网的频谱问题;
  2. 高容量、低时延:单基站最大支撑128台AGV同时在线,通过干扰协调和消除机制保障多台AGV并发通信平均时延不高于50ms,满足AGV与调度系统间频繁的数据通信;
  3. 广覆盖:基于LTE先进的调制方式,可以为终端提供更高的接收灵敏度,覆盖范围可达普通WLAN AP的2~3倍,基站数量相比WLAN AP可节省70%以上,降低网络部署及运维成本;
  4. 端到端适配:提供miniPCIe无线模组嵌入AGV设备本体,通过调用标准的AT指令集保证AGV与eLTE-U网络的无缝连接,实现AGV调度平台与AGV之间稳定可靠的通信承载。
图4-1 助力仓储物流系统24 x 7 x 365小时不间断运行

创新性二:AGV精准的视觉导航+惯性导航
海康AGV采用视觉导航及惯性导航融合技术,能够在保证运行效率的同时弥补定位导航精度的缺失,增加了机器人的适应性及稳定性。与此同时机器人系统能够根据自身历史运行过程中的偏差数据反向修正惯导及编码器误差,以保证实时测量精度。

创新性三:自主开发的智能能源管理系统
海康AGV使用自主设计的BMS系统,实现了电池电芯的一致性均衡性检测并在充电过程实现电芯间均衡。整个调度系统对电池的电量进行实时监控,采用最优算法,使整个系统中多台AGV和充电站桩合理调度,充分利用充电桩,实现AGV 7*24小时的连续稳定运行。在能源管理系统中,还有低功耗模式,当进入低功耗模式时,整车功耗将小于30W,同时支撑一键自动唤醒功能。使用不需要人工介入。

创新性四:软硬件结合的高等级安全防护系统
安全防护系统分两层:1)AGV自身安全避障:根据各种避障传感器的特点,进行有效融合的安全避障策略,实现了立体式的避障效果。2)系统App安全避障:在系统调度上进行了独特的交通管制算法。当AGV故障时,可以动态画出封锁区域,其他的AGV不往封锁区域通过,工作人员进入封锁区域,处理故障小车。

创新性五:基于机器学习的智能仓储管理系统
海康iWMS仓储管理系统,引入机器学习技术,从大规模的历史数据中学习出货架的冷热度最优模型,由AGV自动实现将不同冷热度的货架动态调整至对应的快慢周转区,从而极大提高出入库作业效率。

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