基于5G组网的边缘云计算之AGV运行新模式探讨——深入浅出讲解5G在AGV中的应用

2024年1月18日未分类 2480

一、引言——5G与边缘计算随着物流产业的快速发展和供应链的日益复杂化，AGV作为一种重要的物流设备，在物流自动化中扮演着极为关键的角色，一般的AGV按以下流程执行任务：

图1：AGV任务执行流程
传统的AGV存在状态监控数据量大、不能实时环境建图以及共享性差等问题，并且，目前一般性使用的WIFI存在覆盖不够、用户有限、重叠区域丢包、扩展性差等问题，在应对复杂环境和大规模物流需求中存在一些难题。

图2：WIFI与5G切换对比
基于5G数据传输高速、高带宽、低时延、高稳定性的通信特点，并应用车间多种数据通信的整体高速通信架构设计，采取多传感器如GPS定位、惯性导航和摄像头等技术实时获取AGV的位置、速度等关键信息，可以实现AGV的复杂环境自主运行，并能保证AGV运行的准确性和稳定性。

图3：基于5G网络的系统架构
此外，在进行多台AGV的路径规划和控制过程中，基于边缘计算方式，以深度学习算法的适应能力，通过大量实时数据的分析，可以实现AGV在复杂环境中的智能导航和动态决策。同时通过实验验证，验证其可靠性和安全性，满足工业生产的需求。

图4：边缘计算示意图

二、AGV的导航技术

AGV导航是实现5G数据传输在本技术中应用的基础。在传统AGV行业中，常见的导航方法包括激光导航、视觉导航、磁电导航等。然而，这些导航技术在某些特定环境下存在一定的局限性和不足。
其中磁条导航、磁钉导航、电磁导航、色带导航等导航方式均需要对AGV的工作车间进行改造，柔性较差，适用于场景固定、流程不变的场合。激光导航灵活、准确、高效，但激光传感器成本相对较高，而且以先进的激光SLAM算法为例，它们存在太依赖环境几何特征的匹配、算法缺乏闭环检测和地图缺少语义信息等问题。目前，单纯通过算法无法完全解决SLAM中，例如高密度运行时的互相干扰等问题。
视觉定位技术，即VSLAM技术已较为成熟，能够使用低成本传感器实现AGV的定位与控制，但会受到环境光线的影响且计算资源要求高，需要高性能计算机进行数据处理，对单台AGV而言成本过高。假如通过4G或Wi-Fi技术将图像信息传输至中心服务器进行处理，则压缩后图像的清晰度会受到影响，进而影响定位效果，且无线通信的延迟与不稳定性也会对AGV造成影响。
通过多传感器融合具备优势互补等特点，以多传感器融合方式进行环境地图的构建，且基于5G技术进行数据传输，并实现多种导航模式的切换，能够确保导航信息的实时传输。同时，5G专网可以建立在独立的网络中，避免与其他网络的干扰，提高系统的安全性。

图5：激光+视觉融合定位模式

三、传统AGV行业难点

传统AGV行业存在许多难点，在多导航融合模式之外，由于传统AGV通常采用无线通信方式，如WiFi或蓝牙，其传输速度有限且易受干扰，存在控制盲区和调度不及时等问题，无法满足AGV的实时通信需求。在物流中，即时获取和传输AGV的位置、速度等信息对于实现物流调度和路径规划至关重要。因此，传统AGV的通信方式由于提供稳定和高速的数据传输，部分限制了AGV的应用场景和某些性能。
在日益复杂的物流供应链中，AGV需要面对多样化的环境和任务，例如狭窄的通道、复杂的地形、多导航方式的融合、海量的数据传输处理以及要求更高的路径规划和控制算法等。传统AGV往往无法应对这些复杂的环境和任务，导致系统的稳定性和可靠性下降。

图6：AGV多任务调度系统
由于传统AGV行业导航技术简单、通信方式有限以及适应性和稳定性不足等难点，限制了AGV在物流中的应用范围和性能表现。通过引入5G技术和边缘计算，可以设计和实现一种高效、准确的AGV导航系统，以提升物流自动化水平，为物流供应链的发展提供全方位的支持和保障。

图7：5G网络下基于边缘计算的多AGV调度模式
四、基于5G数据传输的AGV

基于5G数据传输的AGV是一种新型AGV产品，具备自主运行能力和跨空间移动可拓展能力，其设计原理、关键技术和应用前景总结如下：
4.1 AGV的位置感知技术

基于5G数据传输的AGV中，准确获取AGV的位置信息至关重要，通过利用5G网络的高带宽、低时延的特点，结合多个传感器（如摄像头、激光雷达、超声波传感器等）进行数据融合，可以实现更准确可靠的位置感知。
4.2 5G通信技术在AGV中的应用在基于5G数据传输的AGV中，5G通信技术发挥着关键作用。通过5G网络，AGV可以与物流系统、设备、人员进行实时的数据交互和通信。同时，5G网络的高可靠性和低时延特性，保证了AGV在复杂环境中的稳定通信和精确控制。此外，5G网络还能够支持大规模连接和高速数据传输，提供更广泛的应用场景和更高的效率。
4.3 基于5G数据传输AGV的路径规划与控制在基于5G数据传输的AGV中，路径规划和控制是实现自主运行的关键技术。通过利用深度学习算法，AGV可以在实时获取环境信息的基础上，智能地选择最佳路径，同时进行准确的运动控制。深度学习算法的引入提高了AGV在复杂环境中的适应性和稳定性，使其能够更好地应对各种情况下的导航和运动控制需求。

图8：多AGV运行优化方案仿真
4.4 基于5G数据传输AGV的应用前景5G数据传输AGV在物流供应链中具有广阔的应用前景。它可以应用于仓储物流、生产线物流、机场物流、港口等领域，为物流供应链的高效运转提供有力支撑。同时，5G组网AGV还可以与其他物联网设备、机器人等智能设备进行互联互通，实现更高效的协同作业和自动化生产。

图9：某厂5G技术AGV系统框架
五、采用5G技术AGV设备与5G专网组建

5G技术的发展已经给AGV带来了很多新的应用和发展机会。在物流供应链中，基于5G数据传输的AGV设备与5G专网的组建均具有重要的意义。
基于5G组网的AGV设备，具体性能表现在5G组网AGV掉线率比传统AGV低80%，任务、信号、信息报送延时小于20ms，搭载边缘计算后，更具备数据安全、性能可靠、柔性敏捷等特点，并通过回传数据处理完成巡检、多车联动、人体行为识别等扩展功能。
例如，5G组网AGV设备通过多种传感器（如激光雷达、视觉传感器等）实时获取周围环境的信息，并根据这些信息进行精确定位和实时路径规划。其次，5G组网AGV设备可以利用5G通信技术进行高速数据传输，实现与车间信息系统的实时连接，以及与其他AGV设备的协同工作。此外，5G模式AGV设备的低延迟性能可以确保系统的响应速度快、运行效率高。

图10：某厂5G技术AGV与5G组网模式
在构建5G专网时，需要考虑物流供应链的需求和特点。首先，5G专网需要满足大规模设备连接的需求，以实现AGV设备之间的协同工作和数据共享。其次，5G专网需要具备高可靠性和安全性，以确保AGV设备的稳定运行和数据的安全传输。最后，5G专网还应该支持不同应用场景的需求，如车间内部的设备间通信、车间与物流中心之间的数据交互等。
基于5G数据传输的AGV设备与5G专网的组建对生产、物流、仓储等具有诸多意义。首先，它可以提高物流供应链的自动化水平，降低人力成本，减少人为错误和事故的发生。其次，5G组网AGV设备可以实现对物流过程的全程实时监控和管理，提高物流效率和准确性。此外，5G组网AGV设备还可以与其他物流设备进行无缝衔接，实现物流供应链的整体协同运作。

图11：5G组网AGV与5G专网
通过充分发挥5G技术的优势，可以实现自动引导车的精准定位、高速通信和低延迟等功能。同时，5G专网的构建可以支持大规模设备连接和实现物流供应链的协同工作。这些技术的应用将进一步提高物流供应链的自动化水平和效率，为工业生产提供有力支持。

六、基于5G组网AGV对物流供应链的意义

基于5G组网的AGV作为一种基于5G技术的可跨空间自主运行系统，可以提高物流效率、实现智能化管理、降低成本和推动产业升级。
首先，5G组网多导航融合AGV能够提高物流的效率。传统AGV往往由于单个导航的缺陷或数据传输处理等问题，在复杂的物流环境中容易出现导航偏差和路径冲突等问题。而5G组网多导航融合型AGV可以通过多种传感器和通信方式获取和传输实时的位置、速度等信息，实现精确定位和路径规划。准确的导航和路径规划能够使AGV避免路径冲突，提高运输效率，缩短物流时间。
其次，基于5G组网的AGV能够实现智能化管理。通过5G技术的支持，AGV可以与物流供应链中其他设备和系统进行无缝连接，实现信息的互通和共享。通过与仓库管理系统、物流管理系统等系统的集成，可以实现对AGV的实时监控和远程控制，提高物流运作的智能化水平。同时，AGV可以通过物联网技术和云计算系统进行数据的收集和分析，为物流供应链的优化和决策提供有力支持。
此外，基于5G组网AGV的广泛应用将推动物流供应链的产业升级。在传统的物流供应链中，仓储、运输、分拣等环节往往需要大量的人力参与，效率低下、成本高昂。而5G工业自然导航AGV的应用将实现物流流程的自动化和智能化，优化物流供应链的运作模式，提高整体效率和竞争力。这将推动物流产业的升级转型，促进物流行业的可持续发展和经济的繁荣。
因此，基于5G组网的AGV能够提高物流效率、实现智能化管理、降低成本和推动产业升级。随着5G技术的不断发展和成熟，5G工业自然导航AGV的应用前景将变得更加广阔，对物流供应链的进一步发展和提升将发挥越来越重要的作用。

七、问题及展望

基于5G组网的多AGV复杂运行系统是当前物流供应链中的研究热点。用5G 网络代替 WiFi 网络，为AGV的通信提供高速的网络支持，能够有效解决网络覆盖面窄、频点切换盲区、通讯信号卡顿等问题。5G时代的到来，加快了智能制造建设步伐，推动AGV应用更加规模化、多样化、柔性化，人机协同工作，让AGV真正实现数字化、网络化、智能化融合发展。
5G数据传输的多导航融合AGV也是一个具有广阔应用前景的研究领域。通过整合5G通信技术、多传感器数据融合和深度学习算法，基于5G数据传输的AGV能够实现高精度的位置感知、稳定的通信和智能的路径规划与控制。
5G 技术属于较新的通信技术，与之配套的硬件与软件方案还远没有传统的通信技术那样成熟。它是最新一代的移动通信技术，针对的场景主要是移动设备进行优化，但是对于工厂来说，大部分设备并不是移动设备，因此， 5G 技术在针对工厂环境并不能达到理论上针对移动设备通信应该具有的优势。
现阶段工厂中的各种设备和传感器并没有适配 5G 相关的通信协议，并且5G 通信只能通过蜂窝网进行通信，在适用范围上不如以太网，因此要使这些设备能够通过 5G 通信进行数据传输，则需外接专门搭载支持5G协议的设备。例如，可以通过5G工业网关将传统通信方式传输的数据进行转接，并通过云端将数据转发到对应服务器进行通信。由于通信数据在流转的过程中会不断损失，因此会降低5G通信原本的巨大优势。
未来的研究方向是进一步提高系统的智能化程度，改进路径规划算法，优化控制策略，使其更适用于复杂的环境，并推动基于5G组网AGV在生产、物流、仓储中的广泛应用。同时，也可以采用AGV组网技术，与5G专网相结合，进一步提高AGV的通信能力、运行精度及控制水平。

八、相关亿控产品

AGV/AMR/搬运机器人作为一种物料搬运且被自动导引或能进行自主规划的小车，其动力及动力控制系统趋于紧凑化和高集成化，在搭载5G组网技术后，将对部件精度、稳定性提出更高的要求。

江苏亿控智能装备有限公司作为国内知名的动力及控制系统和整车技术方案提供商，不仅能为AGV车辆提供舵轮、驱动轮、差速轮、驱动器和导航系统等单台AGV的动力及控制组件，也能为整车和多台AGV提供成套技术方案，可以为客户实现自然导航、视觉导航、磁导航等多种导引方式，致力于高精度、总线控制、多场景的搬运机器人应用。