AGV基礎(chǔ)知識介紹演示幻燈片

AGV基礎(chǔ)知識介紹,一、AGV基本介紹二、AGV基本結(jié)構(gòu)三、AGV控制系統(tǒng)四、AGV調(diào)度系統(tǒng)五、AGV充電系統(tǒng),2,一、AGV基本介紹,1.AGV的基本概念,AGV是自動導(dǎo)引運輸車(AutomatedGuidedVehicle)的英文縮寫。是指裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護以及各種移載功能的運輸車，AGV是輪式移動機器人(WMR一一WheelMobileRobot)的特殊應(yīng)用。AGV是一種以電池為動力，裝有非接觸導(dǎo)引(導(dǎo)引)裝置的無人駕駛車輛。它的主要功能表現(xiàn)為能在計算機監(jiān)控下，按路徑規(guī)劃和作業(yè)要求，精確地行走并?？康街付ǖ攸c，完成一系列作業(yè)功能。AGV可廣泛應(yīng)用于機械、電子、化工、冶金、郵電、汽車、機場、碼頭、造紙、煙草、家電、醫(yī)藥、食品、商業(yè)、銀行、出版印刷、國防等行業(yè)。,AGV自動導(dǎo)引運輸車是指裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護以及各種移栽功能的運輸車在計算機監(jiān)控下，按路徑規(guī)劃和作業(yè)要求，精確地行走并停靠到指定地點，完成一系列作業(yè)功能通過與WMS、MES結(jié)合，AGV實現(xiàn)倉儲的自動化搬運管理，貨位柔性動態(tài)分配；揀選由“人到貨”變?yōu)椤柏浀饺恕碧岣吖ぷ餍?，降低勞動強度在工業(yè)4.0背景下，通過引進AGV動態(tài)物流系統(tǒng)、改變現(xiàn)有人工分揀、人工搬運模式，可有效實現(xiàn)分揀中心物流自動化,2.AGV定義,二、AGV的基本結(jié)構(gòu),車載控制器、導(dǎo)航模塊、電池模塊、障礙物探測模塊、報警模塊、充電模塊、通訊模塊、行駛機構(gòu)響應(yīng)上位控制系統(tǒng)指令，在工作區(qū)域內(nèi)行走、停止、移動搬運貨架或其他負載控制系統(tǒng)軟件通過WIFI或其他傳輸鏈路，控制AGV動作。主要控制功能包括：地圖管理、路徑導(dǎo)航導(dǎo)航、路徑規(guī)劃、AGV導(dǎo)引控制、自主充電控制、交通管理、任務(wù)分配、報警信息管理等。,AGV,機械系統(tǒng),動力系統(tǒng),控制系統(tǒng),安全裝置,移栽裝置,轉(zhuǎn)向裝置,車輪,車體,行走電機,移栽電機,電池組和充電裝置,信息傳輸與處理裝置,驅(qū)動控制裝置,轉(zhuǎn)向控制裝置,移栽控制裝置,安全控制裝置,1.AGV硬件結(jié)構(gòu),2.典型AGV的單機結(jié)構(gòu),AGV,按導(dǎo)引方式,按驅(qū)動方式,按移栽方式,視覺導(dǎo)引,激光導(dǎo)引,慣性導(dǎo)引,磁帶導(dǎo)引,電磁導(dǎo)引,3.AGV的主要類型,單輪驅(qū)動,差速驅(qū)動,全方位驅(qū)動,叉車式,輥道式,牽引式,馱舉式,揀選式,機器人式,4.AGV的主要導(dǎo)引方式介紹,激光導(dǎo)引,電磁導(dǎo)引,磁條導(dǎo)引,慣性導(dǎo)引,視覺導(dǎo)引,電磁導(dǎo)引是較為傳統(tǒng)的導(dǎo)引方式之一，目前仍被許多系統(tǒng)采用，它是在AGV的行駛路徑上埋設(shè)金屬線，并在金屬線加載導(dǎo)引頻率，通過對導(dǎo)引頻率的識別來實現(xiàn)AGV的導(dǎo)引。電磁導(dǎo)引主要優(yōu)點是引線隱蔽，不容易污染和破壞，導(dǎo)引原理簡單而可靠，便于控制和通訊，對聲光無干擾，制造成本較低,4.1電磁導(dǎo)引,電磁導(dǎo)引原理,1.電磁感應(yīng)器主要是由兩個感應(yīng)線圈組成的，可同時采入導(dǎo)引線的感應(yīng)信號。,2.通過比較兩個線圈中信號的強弱，便能得到電磁感應(yīng)傳感器的偏移量，通過一定的導(dǎo)引計算后就可實現(xiàn)AGV的電磁導(dǎo)引。,磁帶導(dǎo)引技術(shù)與電磁導(dǎo)引相近，用在路面上貼磁帶替代在地面下埋設(shè)金屬線，通過磁感應(yīng)信號實現(xiàn)導(dǎo)引磁帶導(dǎo)引靈活性比較好，改變或擴充路徑比較容易，磁帶鋪設(shè)也相對簡單，但此導(dǎo)引方式易受環(huán)路周圍金屬物質(zhì)的干擾，由于磁帶外露，易被污染難以避免機械損傷，因此導(dǎo)引的可靠性受外界因素影響較大，適合環(huán)境條件較好，地面無金屬物質(zhì)干擾的場合。,4.2磁帶導(dǎo)引,磁導(dǎo)航傳感器探測點示意圖,磁導(dǎo)航傳感器原理示意圖,慣性導(dǎo)引是在AGV上安裝陀螺儀，在行駛區(qū)域的地面上安裝定位塊，AGV可通過對陀螺儀偏差信號與行走距離編碼器的綜合計算，及地面定位塊信號的比較校正來正確定自身的位置和方向，從而實現(xiàn)導(dǎo)引。此項技術(shù)在航天和軍事上較早運用，其主要優(yōu)點是技術(shù)先進，定位準確性高，靈活性強，便于組合和兼容，適用領(lǐng)域廣。,4.3慣性導(dǎo)引,激光導(dǎo)引有兩種模式：一種是在AGV行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光發(fā)射板，AGV通過發(fā)射激光束，同時采集由反射板反射的激光束，來確定其當前的位置和方向，并通過連續(xù)的三角幾何運算來實現(xiàn)AGV的導(dǎo)引。另一種是自然導(dǎo)引，自然導(dǎo)引是通過激光測距結(jié)合SLAM算法建立小車的整套行駛路徑地圖，不需要任何的輔助材料，柔性化程度更高，適用于全局部署！,4.4激光導(dǎo)引,激光頭探測反光板測定角度和距離,反光板安裝在墻上或設(shè)備上扁平或圓形,激光導(dǎo)航傳感器和反光板,激光導(dǎo)引最大的優(yōu)點是AGV定位精確，地面無需其他定位設(shè)施，行駛路徑可靈活多變，能夠適合多種現(xiàn)場環(huán)境，是目前許多AGV生產(chǎn)廠家優(yōu)先采用的先進導(dǎo)引方式。技術(shù)在航天和軍事上較早運用，其主要優(yōu)點是技術(shù)先進，定位準確性高，靈活性強激光導(dǎo)航的缺點：制造成本高，對環(huán)境要求較相對較高（外界光線，地面要求，能見度要求等）。,激光導(dǎo)引的應(yīng)用,叉車AGV,視覺導(dǎo)引有兩種：一種是利用攝像頭實時采集行駛路徑周圍環(huán)境的圖像信息，并與已建立的運行路徑周圍環(huán)境圖像數(shù)據(jù)庫中的信息進行比較，實現(xiàn)對AGV的控制；另一種是基于二維碼的圖像識別方法，利用攝像頭掃描地面二維碼，通過掃碼定位技術(shù)實現(xiàn)路徑導(dǎo)航。,4.5視覺導(dǎo)引,SLAM指的是機器人在自身位置不確定的條件下,在完全未知環(huán)境中創(chuàng)建地圖,同時利用地圖進行自主定位和導(dǎo)航。SLAM問題可以描述為:機器人在未知環(huán)境中從一個未知位置開始移動,在移動過程中根據(jù)位置估計和傳感器數(shù)據(jù)進行自身定位,同時建造增量式地圖。,4.6關(guān)于SLAM的認識,定位(localization):機器人必須知道自己在環(huán)境中位置。建圖(mapping):機器人必須記錄環(huán)境中特征的位置（如果知道自己的位置）SLAM：機器人在定位的同時建立環(huán)境地圖其基本原理是運過概率統(tǒng)計的方法，通過多特征匹配來達到定位和減少定位誤差的。,Sk表示傳感器測試獲取數(shù)據(jù)，Mk-1表示第K-1時刻的局部地圖，Rk表示K時刻機器人的位姿。,SLAM的基本過程,IAGV(南江機器人）,SLAM導(dǎo)引的應(yīng)用,5.AGV的驅(qū)動方式介紹,5.1單輪驅(qū)動,舵機模組,舵機模組應(yīng)用于叉車AGV,5.2差速驅(qū)動,差速驅(qū)動模組,背負式AGV,麥克納姆輪：這種全方位移動方式是基于一個有許多位于機輪周邊的輪軸的中心輪的原理上，這些成角度的周邊輪軸把一部分的機輪轉(zhuǎn)向力轉(zhuǎn)化到一個機輪法向力上面。,5.3全方位驅(qū)動,麥克納姆輪,依靠各自機輪的方向和速度，這些力的最終合成在任何要求的方向上產(chǎn)生一個合力矢量從而保證了這個平臺在最終的合力矢量的方向上能自由地移動，而不改變機輪自身的方向。在它的輪緣上斜向分布著許多小滾子，故輪子可以橫向滑移。小滾子的母線很特殊，當輪子繞著固定的輪心軸轉(zhuǎn)動時，各個小滾子的包絡(luò)線為圓柱面，所以該輪能夠連續(xù)地向前滾動。麥克納姆輪結(jié)構(gòu)緊湊，運動靈活，是很成功的一種全方位輪。有4個這種新型輪子進行組合，可以更靈活方便的實現(xiàn)全方位移動功能。,麥克納姆輪的原理,麥克納姆輪的應(yīng)用,6.AGV的移栽方式介紹,叉車式,輥道式,牽引式,馱舉式,揀選式,機器人式,三、AGV的控制系統(tǒng),磁導(dǎo)航AGV控制系統(tǒng)原理：車載控制系統(tǒng)通過對磁導(dǎo)航傳感器、RFID地標傳感器、漫反射式紅外檢測傳感器、碰撞膠條、面板控制按鈕等信號的采集，經(jīng)過編寫好的算法程序計算處理，控制驅(qū)動單元、裝卸機構(gòu)、顯示屏等執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)AGV的導(dǎo)航控制、導(dǎo)引控制、裝卸控制。,磁導(dǎo)航介紹,1.1磁導(dǎo)航AGV控制系統(tǒng),1.AGV控制系統(tǒng),驅(qū)動系統(tǒng),動力系統(tǒng),操作面板,安全感應(yīng)系統(tǒng),RFID、地標傳感器,1.2磁導(dǎo)航AGV系統(tǒng)構(gòu)架,AGV小車系統(tǒng)構(gòu)架,1.3.站點號自動識別（RFID）,RFID系統(tǒng)是一種具有廣泛應(yīng)用前景的自動識別系統(tǒng)。基本的射頻識別系統(tǒng)由RFID電子標簽（Tag或者Transponder）和RFID讀寫器構(gòu)成，電子標簽的存儲容量高達32Kbits。根據(jù)射頻工作的頻段和應(yīng)用場合的不同，RFID能夠識別從幾厘米到幾十米范圍內(nèi)的電子標簽，并且能在運動中實時讀取。采用在AGV路徑旁放置非接觸射頻卡，由車載射頻卡讀卡器實時讀取射頻卡中存儲的加減速、路徑編號、工位編號、倉庫編號、等待時間等大量信息，能夠很好地解決視覺識別標識特征所帶來的實時性、多義性問題。,在無人運輸車（AGV）頭部下方安裝一個RFID讀卡器，與AGV控制系統(tǒng)對接，然后在軌道節(jié)點處安裝一個電子標簽，并賦予每個節(jié)點上的電子標簽一個ID號和定義，比如節(jié)點A處代表AGV要拐彎，用ID號00001表示，一旦運輸車在經(jīng)過A處時，RFID讀卡系統(tǒng)會讀取A處的電子標簽ID號，并根據(jù)ID號的特定指令做出相對應(yīng)的拐彎動作，從而實現(xiàn)AGV調(diào)度系統(tǒng)功能、站點定位功能。如圖：,RFID現(xiàn)場應(yīng)用,AGV的安全系統(tǒng)既要實現(xiàn)對AGV的保護，又要實現(xiàn)對人，或?qū)ζ渌孛嬖O(shè)備的保護。其安全保護方法可歸納為兩類:接觸式和非接觸式兩種保護系統(tǒng)。,2.1.接觸式避障系統(tǒng),AGV小車避障系統(tǒng),2.AGV的安全系統(tǒng),一般的紅外測距都是采用三角測距的原理。紅外發(fā)射器按照一定角度發(fā)射紅外光束，遇到物體之后，光會反向回來，檢測到反射光之后，通過結(jié)構(gòu)上的幾何三角關(guān)系，就可以計算出物體距離D,紅外,紅外線角度測距原理,2.2非接觸式避障系統(tǒng)目前常見的主要有視覺傳感器、激光傳感器、紅外傳感器、超聲波傳感器等,b.激光,激光測距傳感器利用激光來測量到被測物體的距離或者被測物體的位移等參數(shù)。比較常用的測距方法是由脈沖激光器發(fā)出持續(xù)時間極短的脈沖激光，經(jīng)過待測距離后射到被測目標，回波返回，由光電探測器接收。根據(jù)主波信號和回波信號之間的間隔，即激光脈沖從激光器到被測目標之間的往返時間，就可以算出待測目標的距離。由于光速很快，使得在測小距離時光束往返時間極短，因此這種方法不適合測量精度要求很高的（亞毫米級別）距離，一般若要求精度非常高，常用三角法、相位法等方法測量。,激光相位差測距原理示意圖,機械防撞機構(gòu),采用激光障礙物傳感器（檢測范圍0180度，檢測距離03m可調(diào)）和雷達掃描儀組成安全防護裝置，確保運行安全。0.20.5米范圍內(nèi)檢測到障礙物體剎車停止。當檢測到障礙物進入安全警示區(qū)域時AGV減速運行并提出警示聲；當檢測到障礙物進入危險區(qū)域時AGV自動停車，障礙物移走后自動恢復(fù)運行。AGV小車前面設(shè)有接觸式傳感器保險杠。當保險杠與障礙物發(fā)生碰撞，AGV會停車保護，障礙物移走后AGV自動恢復(fù)運行。AGV小車具有離線保護、偏離軌道自動糾正功能。,2.3AGV的安全系統(tǒng)應(yīng)用,激光導(dǎo)航AGV控制系統(tǒng),4.激光導(dǎo)航控制系統(tǒng),激光引導(dǎo)AGV控制系統(tǒng)簡介,AGV的控制系統(tǒng)主要可分為兩部分：地面控制系統(tǒng)和車載控制系統(tǒng)。1.地面控制系統(tǒng)即地面固定設(shè)備，主要負責任務(wù)的分配，車輛調(diào)度，交通管理，電池充電等功能。2.車載控制系統(tǒng)即車載移動設(shè)備，在收到上位系統(tǒng)的指令后，負責AGV的引導(dǎo)，路徑選擇，小車行走，裝卸操作等系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下：,外界系統(tǒng),自動充電站,地面控制系統(tǒng),車載控制系統(tǒng),交換機,無線AP,無線AP,激光導(dǎo)航儀,激光防撞,主控計算機,監(jiān)控計算機,反射板,I/O設(shè)備,移栽裝置,工控機,PLC,手動控制器,行走電機,轉(zhuǎn)角電機,行走控制器,轉(zhuǎn)角控制器,AGV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖,AGV系統(tǒng)運行模式,地面控制系統(tǒng),圖形監(jiān)控,上位控制計算機,外圍IO設(shè)備,AGV,AGV地面控制系統(tǒng)接受上位控制計算機發(fā)出的任務(wù)啟動命令后，啟動相應(yīng)的物料搬運任務(wù)。車輛管理根據(jù)AGV的任務(wù)執(zhí)行情況調(diào)度AGV執(zhí)行任務(wù)，并通過無線電將命令發(fā)送到AGV。AGV隨時報告車輛位置、狀態(tài)信息及任務(wù)執(zhí)行信息。交通管理根據(jù)各AGV的位置，確認每一輛AGV下一步應(yīng)該走的路徑。任務(wù)管理根據(jù)AGV任務(wù)執(zhí)行信息報告上位控制計算機。地面控制系統(tǒng)在必要時使用輸入輸出模塊控制外圍設(shè)備，如通過數(shù)字IO模塊啟動或停止充電站。地面控制系統(tǒng)把各種AGV系統(tǒng)的運行狀態(tài)發(fā)送給圖形監(jiān)控系統(tǒng)，圖形監(jiān)控系統(tǒng)使用這些運行狀態(tài)構(gòu)建各種監(jiān)控界面，供系統(tǒng)維護人員監(jiān)控系統(tǒng)。,AGV系統(tǒng)運行模式,1.系統(tǒng)架構(gòu),服務(wù)層,采集層,四、AGV的調(diào)度系統(tǒng),AGV調(diào)度系統(tǒng)接口程序通過局域網(wǎng)或控制現(xiàn)場AGV同時，調(diào)度系統(tǒng)能夠提供接（OPC等）上傳數(shù)據(jù)至ERP或MES。,2.軟件系統(tǒng)架構(gòu),1.AGV調(diào)度任務(wù),AGV任務(wù)調(diào)度，就是與AGV進行通信，從空閑AGV中選擇一臺，并指導(dǎo)AGV按照一定的路線完成運輸?shù)墓δ堋?2.實時路徑規(guī)劃,實時路徑規(guī)劃就是根據(jù)選中AGV所在的位置，以及目標站點位置，對AGV進行進路線進行最優(yōu)回話，并指導(dǎo)AGV按照規(guī)劃該路線進行，以完成運輸功能。,3.系統(tǒng)功能,3.交通管制,在某些特定區(qū)域，由于空間原因或工藝要求，同時只能有一輛AGV通過，或者兩輛AGV不能對頭行駛，則需要調(diào)度系統(tǒng)對AGV進行管理，指導(dǎo)某一AGV優(yōu)先通過，其他AGV再按照一定的次序一次通過，這個過程就叫交通管制,4.現(xiàn)場設(shè)備信號采集與動作控制,客戶現(xiàn)場有些設(shè)備需要與AGV進行物理對接，實現(xiàn)物料的自動卸車，在此情況下，必須通過調(diào)度系統(tǒng)采集現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)信息，并且在某些時候需要發(fā)送信號控制現(xiàn)場設(shè)備的動作,5.MES或ERP接口,調(diào)度系統(tǒng)任務(wù)信息可能來自于MES或ERP系統(tǒng)，同時也有義務(wù)向MES或ERP匯報任務(wù)執(zhí)行結(jié)果,狀態(tài)查詢,任務(wù)查詢,任務(wù)下達,任務(wù)修改或取消,任務(wù)情況匯報,5.1狀態(tài)查詢,傳感器狀態(tài)（因障礙物減速等）,當前運行速度,運行狀態(tài)（待命、啟動、停車等）,擴展輸入輸出端口狀態(tài),對接機構(gòu)狀態(tài),當前運行方向,當前電池電壓,AGV當前站點,任務(wù)類型（特定AGV任務(wù)、隨機任務(wù)、長時間任務(wù)、充電任務(wù)等）,任務(wù)詳情（起始工位、目標工位、產(chǎn)品類型、產(chǎn)品數(shù)量等）,任務(wù)標識,任務(wù)起止時間,任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)（正在執(zhí)行、已經(jīng)執(zhí)行完畢、正在等待執(zhí)行、取消執(zhí)行等）,任務(wù)優(yōu)先級,MES或ERP查詢調(diào)度系統(tǒng)中當前正在執(zhí)行或排隊等待執(zhí)行的任務(wù)信息,5.2任務(wù)查詢,任務(wù)類型（特定AGV任務(wù)、隨機任務(wù)、長時間任務(wù)、充電任務(wù)等）,MES或ERP向調(diào)度系統(tǒng)下達任務(wù)信息，調(diào)度系統(tǒng)向MES或ERP返回任務(wù)標識,任務(wù)詳情（起始工位、目標工位、產(chǎn)品類型、產(chǎn)品數(shù)量等）,任務(wù)優(yōu)先級,其它信息,5.3任務(wù)下達,只要一個任務(wù)尚未開始執(zhí)行，MES或ERP就可以通過修改或取消任務(wù)接口對任務(wù)進行操作。,當AGV成功完成一項任務(wù)或者由于某些特殊原因?qū)е翧GV無法完成某項任務(wù)時，調(diào)度系統(tǒng)向MES或ERP報告任務(wù)執(zhí)行結(jié)果。,5.4任務(wù)修改或取消,5.5任務(wù)情況匯報,6.現(xiàn)場呼叫接口,響應(yīng)現(xiàn)場某些設(shè)備信號作為呼叫信息，或者響應(yīng)現(xiàn)場人工按鈕動作為為呼叫信息。調(diào)度系統(tǒng)與現(xiàn)場呼叫信息均通過協(xié)議進行通信,7.設(shè)備工況監(jiān)控,對AGV的運行狀態(tài)及任務(wù)信息等進行監(jiān)控，以圖形化的界面對AGV行進路線與位置信息進行顯示（這部分可以考慮使用組態(tài)軟件）。任務(wù)信息歷史、AGV工作狀態(tài)日志查詢等功能（這部分可以考慮使用Web頁面方式）。,企業(yè)ERP,IWMS,RCS,智能系統(tǒng)訂單執(zhí)行優(yōu)化存儲布局優(yōu)化任務(wù)調(diào)度優(yōu)化群機器人規(guī)劃,智能系統(tǒng)訂單執(zhí)行優(yōu)化存儲布局優(yōu)化任務(wù)調(diào)度優(yōu)化群機器人規(guī)劃,訂單推送,任務(wù)分解,調(diào)度指令,4.系統(tǒng)應(yīng)用方向智能倉儲,遠距離搬運,分揀,收貨,跨樓層搬運,入庫,