AGV 与机械臂协同：跨工位物流自动化的实现

AIWORK内部发布

多品种小批量产线里，工位之间的距离是物流自动化的最后一公里。固定输送带适合节拍刚性的连续产线，而工序经常重组的柔性产线，更适合 AGV 加机械臂的组合：AGV 跑路，机械臂动手。这套组合看似简单，真到落地时问题都出在接口与异常处理上。本文讲清分工边界、通信协议、调度逻辑与异常处理四个关键环节。






一、分工边界：AGV 跑路，机械臂动手

• AGV 负责转运：沿二维码或 SLAM 路线行走，把料车、料架、托盘在工位间搬运，重点是路线规划、避障与停位精度，停位精度一般要求正负 10 毫米；
• 机械臂负责抓取：固定在工位或随行桁架上，完成取件、放件、翻转、插入等精细动作，重点是轨迹精度与力控；
• 交接点设计：两者之间放一个"交接工位"，托盘停靠位加定位销，AGV 停稳后机械臂直接从托盘抓取，不直接对接车体，解耦两者的精度要求。
  

这个分工的关键是接口标准化：托盘规格、停靠点位、信号定义三张表定下来，AGV 品牌和机械臂品牌都可以随时更换，系统不锁定供应商。见过太多项目因为接口不标准，换一台车就要重写一套程序，维护成本翻倍。

一个典型的协同场景是这样的：加工中心完成一道工序，呼叫 AGV 把半成品料架送到检测工位，AGV 沿二维码路线行驶 40 米，停靠精度正负 5 毫米，固定机械臂从料架抓取半成品放到检测台，检测完成再放回料架，AGV 解锁驶向下一个工位。全程没有人工搬运，产线布局调整时只需重画 AGV 路线，硬件不用动。






二、握手通信协议设计

协同的核心是握手，协议越简单越可靠。推荐按四步状态机设计：

• 请求：工位呼叫，调度系统收到"需要送料或取货"请求，分配车辆与路线；
• 到达：AGV 停靠到位，向工位控制器发"已到达"信号，工位确认托盘就绪后回"可以作业"；
• 作业：机械臂抓放过程中，AGV 保持驻留与锁定，动作完成回"作业完成"；
• 释放：工位回"释放"，AGV 解锁驶离，进入下一任务。
  

实现层常用三种方式：PLC 数字量 I/O 最稳，适合固定工位；TCP/IP 自定义报文适合信息交互多的场景；MQTT 适合多车多工位的松散耦合系统。无论哪种，都要做超时与重发：每个状态设定超时阈值，超时按异常流程走，绝不无限等待。状态机只允许单向流转，避免出现"双方都在等对方"的死锁。






三、调度逻辑

• 任务优先级：断料预警高于满仓呼叫高于空闲补货，避免为凑单让工位断料；
• 交通管制：狭窄路段设虚拟红绿灯或单向循环路线，避免两车对顶，路线图设计阶段就要仿真验证；
• 电量管理：低于阈值自动退出任务队列去充电，安排在任务间隙，不让车饿死在半路；
• 批量合并：相邻工位的同向请求合并为一趟多停点任务，提高单车利用率，但合并后要重算最晚到达时间，别为了省一趟让工位断料。
  

调度系统建议先跑仿真再上线：用软件模拟一周的任务流，统计车辆利用率、平均等待时间，路线与规则调优后再接真实设备，能避开大多数现场混乱。

车辆配置也有经验数据：一台 AGV 的日有效工作时间按 16 小时计，单趟任务平均 8 到 12 分钟（含交接等待），一台车一天能完成 80 到 100 趟。规划阶段先统计产线全日总运输趟次，再除以单车日产能，就是需要的车辆数，最后按高峰系数上浮一到两成。

四、异常处理：脱轨、卡料、急停

• 停偏与脱轨：AGV 停位超差时，机械臂禁止启动抓取，先请求微调重停，二次失败转人工；二维码被遮挡要及时告警，安排保洁与巡检，别等车满厂乱跑才发现；
• 卡料：托盘卡滞或工件歪斜，机械臂抓取失败进入复抓逻辑，复抓两次失败报警并跳过该托盘，记录位置供人工复查，不阻塞后续任务；
• 急停：急停回路必须独立于通信链路，任一工位或 AGV 触发急停，通信层同步进入安全状态，机械臂暂停运动、AGV 抱闸驻停，故障排除后按标准流程分级复位，不允许远程一键全恢复；
• 通信中断：链路超时按最保守假设处理，即作业暂停而非继续，恢复后先校状态再续跑。
  

异常处理的总原则是故障要能兜底，现场要能恢复。每个异常都要对应一个明确的处理动作与责任人，写进运维手册，而不是留给夜班工人现场猜。

小结

AGV 与机械臂的协同，本质是"粗定位的运"与"精操作的抓"通过标准化接口拼接。协议从简、调度分级、异常按最保守假设处理，这套系统就能在柔性产线上长期稳定运行。接口先标准化，异常先写进手册，项目就成功了一半。

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这个坑我踩过，内容去重记得先归一化再去比，不然看着一样的两条会被当成不同内容。记得给脚本留个开关，出问题能立刻停，不用重装。要判断值不值得投入，就看这个场景一天重复多少次，一天十次的自动化维护成本可能比手工还高。