华为联合伙伴发布《云端控制平台与物流自动导引车通用接口指南》
本文分享自华为云社区《华为联合30+伙伴发布《云端控制平台与物流自动导引车通用接口指南》，助力物流机器人集群调度》，作者：云容器大未来。
背景介绍
当今社会正处在一个技术飞速发展、机器人与人工智能深入应用于工业领域的时代。在物流、制造和零售等领域，自动导引车（AGV）已经成为高效生产的关键工具，正在全球范围内迅速发展并得到广泛应用。2022年，我国 AGV 销量为93000台，同比增长29.2%；销售规模为185亿元，同比增长46.8%；海外销售规模为36亿，同比增长44%。AGV 系统中的无人驾驶技术，不仅可以提高生产效率，减少人工操作失误的概率，还可以在复杂和危险的环境下保障操作人员的安全。
图 1 定制化接口与统一接口下，工厂调度系统架构图
尽管 AGV 技术被广泛应用，却缺乏调度系统与 AGV 之间的统一接入协议。图1(a)展示了单个工厂部署不用厂家 AGV 的软件架构图，其中 MES/WMS/ERP 代表上层业务系统，RCS 代表 AGV 调度系统或云端控制平台。由于 AGV 与 RCS 之间的接口是定制化且封闭的，因此 AGV 与 RCS 的厂家属于强耦合关系，即厂家1的 RCS 无法调度厂家2的 AGV。因此对于工厂用户来讲，为了保证不同厂家的机器人安全工作，必须划定交管区域。在同一个交管区内，同一时刻只允许同一厂家的机器人进入，显著降低了任务的执行效率和 AGV 的利用效率。
因此，制定一套全面、深入、适用各种环境和物流领域的调度系统与 AGV 的协议，对于统一调度系统与设备之间对接，提升 AGV 的效率、稳定性和安全性至关重要。统一的协议标准不仅明确 AGV 供应方的责任，同时也为 AGV 需求方提供保障。图 1(b)展示了统一接口下的软件架构图，可以看到，RCS 与 AGV 之间不再存在耦合关系。总结来讲，统一接口相比于定制化的接口存在以下优势：
- 安全性高：所有厂商的 AGV 被 RCS 当作白盒集中处理，从源头杜绝碰撞，保障安全；
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调度效率高：同一场地无需划定交管区，AGV 也无需在“红绿灯”前长时间等待；
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业务连续性强：终端用户的采购方案更加灵活，无需被单个 AGV 供应商绑定；
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部署运维成本低：单 RCS 部署的模式，显著降低计算资源和运维人员的成本；
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扩展性强：支持不同厂家的新旧设备共存，用户可以按需引入新的 AGV；
| 为此，华为联合中外运、顺丰、龙岩烟草、海康、蓝芯、斯坦德、镭神、边缘计算产业联盟、中国物流与采购联合会等30+伙伴共同起草了《云端控制平台与物流自动导引车通用接口指南》，旨在将相关的经验贡献给行业，促进我国机器人行业的蓬勃发展。 |
协议内容
内容简介
该文件规定了 AGV 与云端控制平台的接口模型、客户端通信安全认证、通信协议结构，以及控制、传输流程接口的技术要求和检验规则。适用于物流、仓储、制造业等领域的物流自动导引车实现云端控制的系统接口设计、开发、检验等。
图 2 云端控制平台与AGV报文交互示意图
图 2 展示了云端控制平台与 AGV 的交互流程图，整体分成以下几步：
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AGV 在初始化完成后，向云端控制平台发起接入申请，可选普通模式接入和安全模式接入。在普通模式中，后续报文将直接发送至对端。在安全模式中， AGV 与云端控制平台将协商会话密钥，且后续报文以密文的形式发送。
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AGV 向云端控制平台发起注册请求。注册成功后，将会周期性的上报自身状态；
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云端控制平台配置 AGV 的全局信息，如状态上报周期、告警参数等；
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AGV 周期性地向云端控制平台上报自身状态，并与云端控制平台保持心跳；
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云端控制平台根据上层业务系统输入，下发每个 AGV 的控制报文，驱动 AGV 运动；
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AGV 可以根据需求向云端控制平台申请安全空间，以完成自主运动，如动态绕障。
协议亮点
图 3 协议亮点
- 信息安全：在普通接入模式的基础上，新增了安全加密模式。AGV 与云端控制平台通过 SM2 密钥交换协议协商会话密钥，然后使用该密钥对传输的报文进行 SM4 分组密码算法进行加密后，利用 SM2 数字签名算法生成签名，再对密文和签名进行传输，从而保证整个通信过程的安全；
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多地图管理：为满足 AGV 跨楼层和跨楼栋搬运的需求，协议规定了 RCS 和 AGV 的地图切换流程。同时指明了 AGV 在同一场地下，在 SLAM 和二维码导航之间的切换流程；
- 双向路径规划：协议不仅规定了 RCS 规划的路径下发给 AGV 的流程，同时支持车体在极端环境下自主规划且平台授权的轨迹形式方法，如临时性避障；
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通信数据：采用二进制报文，显著降低通讯的数据量，减轻了对网络的依赖。同时保留多个预留字段，便于扩展和定制化实现。
行业推广
协议的蓬勃发展离不开行业的应用和推广。KubeEdge 是边缘计算领域的开源平台，构建在 Kubernetes 之上，为网络、应用部署和云端与边缘之间的数据同步提供基础设施的支持，其目标和应用范围与当前协议的宗旨十分契合。因此 KubeEdge 将作为协议推广的重要阵地，其功能包括但不限于文档展示、协议内容详细解读、协议代码参考实现和端到端调度系统实现等，为了广大厂商和终端用户提供了良好的交流平台。
▍相关链接
仓库地址：https://github.com/kubeedge/robolink.git
