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》

原创
01/16 10:05
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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。

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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同厂家 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;
  • 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;
  • 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;
  • 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;
  • 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。

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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:

  1. 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。

  2. 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;

  3. 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;

  4. 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;

  5. 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;

  6. 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

 

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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;
  • 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;
  • 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。

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▍相关链接

仓库地址:https://github.com/kubeedge/robolink.git

 

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