为推进实木板材加工生产企业向智能工厂转型，解决企业中各个生产线之间物料衔接人工耗费成本高的问题，设计了一种基于节点优简算法的实木板材自动搬运系统。首先对系统的设计需求进行分析，对传统生产线进行智能化升级，并以工厂实际环境为基础，规划了系统环境布局。其次对系统软件进行开发，包括设计二维码导航系统，计算出无人导航小车任意位置表达式；建立栅格地图；基于节点优简算法进行路径规划，通过减少计算节点和转弯次数，算法效率相较于传统路径规划算法得到提升；制定自动导航小车协同运作规则，解决多AGV冲突问题，最终确保了系统智能高效地运行。采用C++编写软件，在实现实木板材智能化生产的同时，有效降低了人工成本，提高了实木板材加工企业的生产效益。

0 引言

在德国提出“工业4.0”的国际背景下，国内出台了《中国制造2025》的战略政策，旨在推动国内制造业的智能化进程。以智能制造为基础的智能工厂成为各行各业的革新目标，其中无人加工生产线的改造成为向智能工厂转型的关键[1]。近年来，实木板材加工生产过程大部分已经实现了自动化，但是各个工序之间的运输与衔接仍旧需要大量人工，劳动力成本的不断提高制约了企业的发展。为了提高实木板材加工的生产效益，实现实木板材加工行业的智能化转型，本文研发了一种实木板材加工生产线的自动搬运系统，通过利用自动导航小车（Automated Guided Vehicle，AGV）进行无人运输与装卸，以有效解决实木板材各个加工工序之间搬运成本高的问题。

1 实木板材加工生产线的自动搬运系统总体设计

1.1 自动搬运系统的设计需求

自动搬运系统的设计基于江苏江佳机械有限公司的实木板材加工现状，其生产线将原木加工成实木板材，尽管该生产加工线已基本实现自动化加工，但为了提高木材的利用率，工厂将短材拼接成规格材，即通过指接生产线将较小尺寸的实木板材进行梳齿和开榫加工[2]，利用“指接”方法结合成长条实木板材，再锯切成满足生产规格的板材。为了提高实木板材加工的智能化水平，企业对传统加工生产线进行改进，在传统生产线上加上图像识别装置，用于智能扫描识别并挑选出具有缺陷的板材。基于图像识别的板材智能裁剪生产线利用图像识别装置确定实木板材缺陷（如虫眼、结疤等）的位置信息[3]，然后通过智能裁剪装置将缺陷部分进行切除，使无缺陷部分能够接长使用。
自动搬运系统应用于传统实木板材自动化加工生产线、板材智能裁剪生产线与智能指接加工生产线之间的衔接，实现实木板材的智能搬运与智能装卸。通过图像识别装置与弹出装置对传统加工生产线加以改造，对传统生产线智能升级，增加缺陷材的智能挑选功能，利用直角坐标机器人实现生产功能区板材的上料与堆叠作业，然后由AGV将各种板材搬运至相应的规格材料区，实现实木板材加工厂的无人生产与无人搬运。图1所示为板材智能裁剪生产线，图2所示为智能指接加工生产线。

图 1 板材智能裁剪生产线

图 2 智能指接加工生产线

经过传统自动化加工生产线与智能指接加工生产线处理后的实木板材规格为1200mmx150mmx18mm，为了跟上生产节奏，保证效率，托盘的容量应能容纳 5 排板材，且为确保 AGV 搬运板材过程的平稳性，托盘四角应带有支撑体。为搬运方便，选用抬升移载式 AGV，同时 AGV 应配备有智能导航与定位装置，保证搬运的位置精度，其结构如图1中所示。

1.2 自动搬运系统的环境布局

自动搬运系统的应用环境包括传统生产线、板材智能裁剪生产线、智能指接加工生产线、残缺木料堆积区、AGV休息区、进料区、仓储入口分拣台和办公控制中心，其中AGV休息区为AGV充电与故障维修的场所，而在实际生产过程中，传统生产线上带有缺陷的实木板材的数量相对较小，为了充分发挥智能裁剪生产线与智能指接加工生产线的作用，工厂另外采购成本低、带有缺陷的板材进行加工，将这些板材堆叠在进料区，利用多个AGV将各个功能区衔接起来。
由于传统生产线上主要加工缺陷少的板材，需要指接的板材不多，大部分搬运任务是在其他功能区进行，其中进料区和分拣台与其他功能区之间的搬运量最大，考虑板材智能裁剪生产线与智能指接加工生产线的加工时间较长，使板材产出与堆叠完成一个托盘单位的时间较慢，搬运需求相对较小，另为减少AGV行程，残缺木料堆积区设计在进料区附近。通过解析法求得各工作区 AGV 所需数量，定义 为