封闭的一个多月，老菜鸟的 机械手和AGV 自动搬运小项目总结
2022-04-25 10:20 贺臣 阅读(3038) 评论(1) 编辑 收藏 举报
最近上海疫情严重，闲赋在家无事可做，手机里不断的推送一些无脑的谩骂声音，索性找点事情做，将3月份实施的一个自动搬运小项目做一个简单的汇总，便于今后项目实施中积累一些经验。项目需求非常简单，因为能力有限也做不了大项目，弄点小项目赚点零花钱。
一. 自动搬运需求
（1）车间有多条生产线，要实现在生产线上实现料架的自动搬运，以其中两条生产线未例。(此应用场景在生产车间应该是属于比较常见的场景，布局示意图如下图)
(2) A-1，A-2，B-2，B-1 属于一条生产线，C-1，C-2，D-2，D-1 属于一条生产线，其中A-1，A-2，C-1，C-2 是码垛处(将物料将机械手装载到料架上) ，B-2，B-1，D-2，D-1 工台（消耗物料处）
(3) A-1，A-2 共用一个机械手用于左右两边码垛，B-2，B-1 共用一个机械手用于左右两边码垛
(4) 两条生产线共用一台AGV，用于搬运料架往返码垛区和工台区
(5) B-2，B-1，D-2，D-1 工作台处各有一个实体按钮，用于呼叫AGV搬运
(6) 如果人工按 实体按钮 则将指令发给AGV将对应的工台位的空料架搬运到码垛区 进行码垛， 机械手码垛完成之后将满料架自动搬运到工台处进行作业
(7) AGV 使用海康的潜伏式AGV，机械手使用汇川机械手
(8) A-1，A-2 ，C-1，C-2 AGV 进入都有光栅控制，进入料架底部时需要控制光栅亮，离开时光栅关闭
二. 需求分析
潜伏式AGV：海康，数量1台，RCS控系统下发基本调度，一台主控服务器， B-2，B-1，D-2，D-1 处各有一个实体按钮，用于下发指令给AGV搬运
A-1，A-2 中间机械手： 汇川，数量1台，汇川PLC控制，Modbus 协议 , TCP/IP
C-1，C-2 中间机械手： 汇川，数量1台，汇川PLC控制，Modbus 协议 , TCP/IP
料架：两条线各有两个料架 （设计是每条线有三个料架，最终只使用了两个），料架底部有固定二维码
搬运通道：搬运通道只允许单台AGV 行走
光栅：A-1，A-2 ， C-1，C-2 与通道交接之处有光栅，其开启/关闭状态由对应的机械手PLC控制，进出信号由AGV给到PLC
现实问题：
(1) 实体按钮只能发起对AGV的移动指令，只能执行明确的移动指令，比如 P1点 到 P2点， 或者P1点，P2点，P3点，假设由B-1 发起搬运空料架到码垛区 A-1，A-2 ， AGV是无法知道哪个地方是空的，所以实体按钮无法明确最终目标点。注：实体按钮只能配置固定的搬运点
(2) 机械手在码垛状态(工作状态) AGV是不能进入的，需要机械手和AGV有一个比较完善的交互机制
(3) 海康AGV公开的接口中，只有配置的运行模板关键位置点才有回传，并非所有的坐标点都可以回传数据（可能有其他的方式可以获取，打算个人没有找到）。
(4) 机械手码垛完成之后，AGV自动将码垛完成的料架搬回到工台的空位，同样面料的(1)问题，需要管理位置的空满状态
(5) AGV 控制运动模板中有几个回传参数可以自定义： 开始任务，结束任务，走出储位，继续任务 四个重要的回传信息，也可以通过一些其他的参数来交互，目前还没有理解的很深
(6) 海康AGV中要明确的区分任务号和请求号，这个给了我不少的困扰
AGV运行轨迹分析：
(1) 未解决空料架，满料架，空库位，满库位的问题，则需要一套统一的控制系统来协调机械手与AGV，假设系统名为 C系统（为了后续文章中的统一称呼）
(2) 在地图上设定了三个重要的交互点，P1，P2，P3
(3) B-2，B-1，D-2，D-1 实体按钮 按下，AGV统一搬运对应的空料架统一到 P1 (算完成一个搬运任务)，到了P1之后然后由C系统判断 A-1，A-2 ，C-1，C-2 哪个点有空位，然后在P1点重新发起一个新的搬运任务
(4) 以 P1，P2， A-2 为例： P1 开始搬运任务，然后经过P2(通知光栅亮)，最终到达A-2 , 在A-2 放下空料架之后回到 P2(通知光栅关闭)，同时告知机械手开始码垛。 当此任务完成之后，判断A-1,C-1，C-2 哪个地方有已经满了的货架，则自动开启下一个满料架的搬运任务, 否则会一直在P2等待。以此类推其他四个位置的搬运也是如此。
(5) 判断满料架，仍然接着上面一个示例，假设A-1 区码垛完成，则行走的路径是： P2，P3，A-1，P3，B-2(或B-1) , 说明一下料架只能同线搬运，不能混线搬运。在这里我们需要将这个任务拆解为两个任务： P2，P3，A-1 以及 P3，B-2
(6) 总之增加P1,P2,P3三个点，P1 是为了判断码垛区哪个地方是空位，P2,P3是为了控制光栅的关闭。 但是要注意一点，当A-1，B-2 回程过程中 P2 交互点是必须经过的，但是此时P2点是不能有信号触发的。
根据搬运的轨迹循环在此基础上设计了10个搬运模型模板：
路线一：B-1(B-2) 到P1 ，使用T01模板，由按钮发起搬运动作 回传参数配置：btnStartOne，btnEndOne
路线二：D-1(D-2) 到P1 ，使用T02模板，由按钮发起搬运动作 回传参数配置：btnStartTwo，btnEndTwo
路线三：P1，P2，A-2 (自动回到P2) ，使用模板T03模板，由C系统自动发起 回传参数配置：btnStartThree, btnContinueThree, btnEndThree
路线四：P1，P3，A-1(自动回到P3) ，使用模板T04模板，由C系统自动发起 回传参数配置：btnStartFour, btnContinueFour, btnEndFour
路线五：P1，P2，C-2(自动回到P2) ，使用模板T05模板，由C系统自动发起 回传参数配置：btnStartFive, btnContinueFive, btnEndFive
路线六：P1，P3，C-1(自动回到P3) ，使用模板T06模板，由C系统自动发起 回传参数配置：btnStartSix, btnContinueSix, btnEndSix
路线七：A-2[省略],P2,P3,A-1 (或者A-1[省略],P3,P2,A-2) ，使用模板S01, 由C系统自动发起 回传参数配置：btnStartSeven, btnContinueSeven, btnEndSeven
路线八：C-2[省略],P2,P3,C-1 (或者C-1[省略],P3,P2,C-2) ，使用模板S02, 由C系统自动发起 回传参数配置：btnStartEight, btnContinueEight, btnEndEight
路线九：A-2,P2,B-2(B-1) 【或者A-1,P3,B-2(B-1)】，使用模板S03, 由C系统自动发起 回传参数配置：btnStartNine, btnContinueNine, btnEndNine
路线十：C-2,P2,D-2(D-1) 【或者C-1,P3,D-2(D-1)】，使用模板S04, 由C系统自动发起 回传参数配置：btnStartTen, btnContinueTen, btnEndTen
其中 路线一，路线二 属于同一个类型，任务的发起是由实体按钮发起； 路线三，路线四，路线五，路线六 属于同一种类型，用于搬运空料架到码垛区； 路线七，路线八属于同一种类型，用于AGV到码垛区区满料架； 路线九 ，路线十 是属于同一种类型，用于将满料架搬运到工台
机械手控制点说明（点位明细不详细讲解，能够理解大致的意思就行）：
机械手控制逻辑：A-1(C-1) 左边光栅 ，A-2(C-2) 右边光栅
(1) 如果空料架搬入A-1(C-1) 判断A-2(C-2)码垛是否完成, 如果码垛完成下发指令机械手开始左边的码垛,否则机械手不做任何改变;
如果 [D1309]=[ D1310] ，则写入PLC [D1291]=1
如果 [D1309]!=[ D1310] ，则不做任何动作
(2) 如果空料架搬入A-2(C-2) 判断A-1(C-1)码垛是否完成, 如果码垛完成下发指令机械手开始右边的码垛,否则机械手不做任何改变;
如果 [D1307]=[ D1308] ，则写入PLC [D1291]=2
如果 [D1307]!=[ D1308] ，则不做任何动作
(3) AGV进入左边A-1(C-1) 搬运满料架，判断机械手的状态，如果机械手的码垛不在左边工作且码垛数量完成即可进行搬运，否则不能进行搬运;
如果 [D1307]=[ D1308] && [D1307]>0 && [D1306]!=1 , 则AGV则进入搬运
AGV搬运开启之后，则需要将PLC中的[D1307]值设置为0
(4) AGV进入左边A-2(C-2) 搬运满料架，判断机械手的状态，如果机械手的码垛不在右边工作且码垛数量完成即可进行搬运，否则不能进行搬运;
如果 [D1309]=[ D1310] && [D1309]>0 && [D1306]!=2 , 则AGV则进入搬运
AGV搬运开启之后，则需要将PLC中的[D1309]值设置为0
(5) 如果机械手A-1(C-1) 码垛完成, PLC寄存值：[D1307]=[ D1308] && [D1307]>0 ,且[D1306]!=1
(6) 如果机械手A-2(C-2) 码垛完成, PLC寄存值：[D1309]=[ D1310] && [D1309]>0 ,且[D1306]!=2
三. 技术问题
(1) 海康提供了RCS控制系统，对外协议是HTTP协议，所以这个对接就比较方便了。其中几个重要的接口： 下发搬运任务指令，继续任务指令，获取了解与坐标之间的对应关系，同时关于回传的参数设定， 此处对接是比较简单的，一般做web开发的基本不会有问题
(2) 汇川机械手对接，使用Modbus协议，TCP/IP ，在没有使用真机操作之间可以使用Modbus模拟器 （Modbus Poll，Modbus Slave 软件），网上可以下载。 模拟器上成功了到设备上十有八九就成功了。（关于Modbus以及这个软件的使用可以网上搜索资料，还比较多）。 目前我使用Modbus的通讯组件是HSL(付费，相对较便宜，也就几千块钱)，也可以网上找其他的组件。 当然也可以使用KepServer 这个软件，这个是我们在PLC通讯交互中使用最多的软件，有点不必说，缺点就是 贵
(3) 因为做硬件的对接所以用的CS程序，但是海康AGV回传又是HTTp协议，所以使用了 Microsoft.Owin 组件做了一个 Web容器的管理，使得CS程序也可以使用浏览器访问其内部。
/// <summary> /// 开启API服务 /// </summary> public void Start() { try { string baseAddress = ResourceManager.GetSettingEntity("API_URL").Value; Microsoft.Owin.Hosting.WebApp.Start<Startup>(baseAddress); log.Info("API程序已启动,按任意键退出"); Console.ReadLine(); } catch (Exception e) { log.Error("启动API服务异常:"+e.Message); } }
源代码共享地址： https://github.com/hechenqingyuan/gitwcs
(4) 技术问题汇总
1. 当前市面出现的智能设备越来越多，很多人都说搞硬件对接，其实当前情况下硬件对接很多都是转化为了HTTP协议对接，还有一些MQTT，MQ等 ，所以对于大部分程序员来说已经完全没有难度，所以对于初学者来说上手也非常快，比如海康的RCS系统对接
2. 在PLC对接过程中，少不了的 OPC协议 以及 Modbus协议， 这两种协议在PLC对接过程中用的非常多，一般纯软件开发人员接触的相对较少
3. 协议的转换的重要性，在硬件对接过程中我们一般使用CS端程序，天然的特性决定了其优势，但是当前万物互联的时代，HTTP协议才是最普遍的，所以要想将更多的终端串联在一起，将OPC协议，Modbus 协议的数据转换为HTTP 协议也是非常重要的，极大降低对接难度
4. 另外市面上就是MQTT协议使用“泛滥”，这个也是在做硬件集成过程中必不可少的，当然还有很多其他的协议，要学习的东西不少
四. 实施总结
(1) 因为疫情才有了时间记录一下这次项目，项目开发大概花了10天左右的时间，1次/天 实体机模拟测试(主要是信号的模拟)，然后4天现场施工调试(没法出门远程支持)，然后其他时间就是在协调各种资源推进项目，协调资源施工计划的时间是远大于开发时间的。
(2) 前期的模式非常重要，如果前期不模拟各种信号，真正到真机测试的时候问题会比较多。
(3) 跳出自己的技能圈，虽然都是开发，但是和单纯的软件开发还是有点不一样，这几年主持施工过30多个工厂，跨领域的知识懂的越多，越有助于你在现场工作。
(4) 关于控制部分的心得就是一定要分解各种动作，越精细越好，在施工之前一定要分解动作然后再组合，否则你会感激这样也对那样也对，真正工作起来这也不对那也不对，最关键你还没法改，因为改动的代价太大了。
(5) 心中一定要有一张图，是一张整体的布局图，设备运转流程图，想办法画出你心中的图。如果你不能描绘出这张图，你会感觉非常的掣肘，软件开发技术和设备控制技术都要懂一点才好。
(6) 现场放低你的姿态，你只有和施工人员处在同一个级别他们才会给你说真正的问题，不要以为自己是什么高级技术人员，否则一个焊桩，一个螺丝就搞死你，一顿饭一瓶水可以解决你很多你解决不了的问题，尊重是顺利实施的一个重要手段。
(7) 总结经验，整体来说这个项目非常简单，但是感觉又很复杂，各种情况都有，比如简单的库存管理，光栅卷帘门的控制，按钮的呼叫，自动搬运调度，机械受PLC的对接，Web技术和CS程序的融合，多种通讯协议，难者不会会者不难，所以积累的经验很重要。
