自動(dòng)引導(dǎo)小車AGV的結(jié)構(gòu)、原理與功能

1、自動(dòng)引導(dǎo)小車AGV的結(jié)構(gòu)、原理與功能一、AGV簡(jiǎn)介無(wú)人搬運(yùn)車(Automated Guided Vehicle，簡(jiǎn)稱AGV)，指裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)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(hù)以及各種移載功能的運(yùn)輸車，工業(yè)應(yīng)用中不需駕駛員的搬運(yùn)車，以可充電之蓄電池為其動(dòng)力來(lái)源。一般可透過(guò)電腦來(lái)控制其行進(jìn)路線以及行為，或利用電磁軌道(electromagnetic path-following system)來(lái)設(shè)立其行進(jìn)路線，電磁軌道貼在地板上，無(wú)人搬運(yùn)車則依循電磁軌道所帶來(lái)的信息進(jìn)行移動(dòng)與動(dòng)作。AGV以輪式移動(dòng)為特征，較之步行、爬行或其它非輪式的移動(dòng)機(jī)器人具有行動(dòng)快捷、工作效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

2、單、可控性強(qiáng)、安全性好等優(yōu)勢(shì)。與物料輸送中常用的其他設(shè)備相比，AGV的活動(dòng)區(qū)域無(wú)需鋪設(shè)軌道、支座架等固定裝置，不受場(chǎng)地、道路和空間的限制。因此，在自動(dòng)化物流系統(tǒng)中，最能充分地體現(xiàn)其自動(dòng)性和柔性，實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)、靈活的無(wú)人化生產(chǎn)。二、AGV的結(jié)構(gòu)AGV控制系統(tǒng)分為地面（上位）控制系統(tǒng)、車載（單機(jī)）控制系統(tǒng)及導(dǎo)航/導(dǎo)引系統(tǒng)，其中，地面控制系統(tǒng)指AGV系統(tǒng)的固定設(shè)備，主要負(fù)責(zé)任務(wù)分配，車輛調(diào)度，路徑（線）管理，交通管理，自動(dòng)充電等功能；車載控制系統(tǒng)在收到上位系統(tǒng)的指令后，負(fù)責(zé)AGV的導(dǎo)航計(jì)算，導(dǎo)引實(shí)現(xiàn)，車輛行走，裝卸操作等功能；導(dǎo)航/導(dǎo)引系統(tǒng)為AGV單機(jī)提供系統(tǒng)絕對(duì)或相對(duì)位置及航向。1.地面控制系統(tǒng)

3、AGV地面控制系統(tǒng)（StationarySystem）即AGV上位控制系統(tǒng)，是AGV系統(tǒng)的核心。其主要功能是對(duì)AGV系統(tǒng)（AGVS）中的多臺(tái)AGV單機(jī)進(jìn)行任務(wù)分配，車輛管理，交通管理，通訊管理等。2.任務(wù)管理任務(wù)管理類似計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的進(jìn)程管理，它提供對(duì)AGV地面控制程序的解釋執(zhí)行環(huán)境；提供根據(jù)任務(wù)優(yōu)先級(jí)和啟動(dòng)時(shí)間的調(diào)度運(yùn)行；提供對(duì)任務(wù)的各種操作如啟動(dòng)、停止、取消等。3.車輛管理車輛管理是AGV管理的核心模塊，它根據(jù)物料搬運(yùn)任務(wù)的請(qǐng)求，分配調(diào)度AGV執(zhí)行任務(wù)，根據(jù)AGV行走時(shí)間最短原則，計(jì)算AGV的最短行走路徑，并控制指揮AGV的行走過(guò)程，及時(shí)下達(dá)裝卸貨和充電命令。4.交通管理根據(jù)AGV的物理

4、尺寸大小、運(yùn)行狀態(tài)和路徑狀況，提供AGV互相自動(dòng)避讓的措施，同時(shí)避免車輛互相等待的死鎖方法和出現(xiàn)死鎖的解除方法；AGV的交通管理主要有行走段分配和死鎖報(bào)告功能。5.通訊管理通信管理提供AGV地面控制系統(tǒng)與AGV單機(jī)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、地面IO設(shè)備、車輛仿真系統(tǒng)及上位計(jì)算機(jī)的通信功能。和AGV間的通信使用無(wú)線電通信方式，需要建立一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，AGV只和地面系統(tǒng)進(jìn)行雙向通信，AGV間不進(jìn)行通信，地面控制系統(tǒng)采用輪詢方式和多臺(tái)AGV通信；與地面監(jiān)控系統(tǒng)、車輛仿真系統(tǒng)、上位計(jì)算機(jī)的通信使用TCP/IP通信。6.車輛驅(qū)動(dòng)小車驅(qū)動(dòng)負(fù)責(zé)AGV狀態(tài)的采集，并向交通管理發(fā)出行走段的允許請(qǐng)求，同時(shí)把確認(rèn)段下發(fā)AGV。

5、三、AGV的導(dǎo)航導(dǎo)引方式AGV之所以能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人駕駛，導(dǎo)航和導(dǎo)引對(duì)其起到了至關(guān)重要的作用，隨著技術(shù)的發(fā)展，目前能夠用于AGV的導(dǎo)航/導(dǎo)引技術(shù)主要有以下幾種：1.直接坐標(biāo) （Cartesian Guidance）用定位塊將AGV的行駛區(qū)域分成若干坐標(biāo)小區(qū)域，通過(guò)對(duì)小區(qū)域的計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引，一般有光電式（將坐標(biāo)小區(qū)域以兩種顏色劃分，通過(guò)光電器件計(jì)數(shù)）和電磁式（將坐標(biāo)小區(qū)域以金屬塊或磁塊劃分，通過(guò)電磁感應(yīng)器件計(jì)數(shù)）兩種形式，其優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)路徑的修改，導(dǎo)引的可靠性好，對(duì)環(huán)境無(wú)特別要求。缺點(diǎn)是地面測(cè)量安裝復(fù)雜，工作量大，導(dǎo)引精度和定位精度較低，且無(wú)法滿足復(fù)雜路徑的要求。2電磁導(dǎo)引（Wire Guidanc

6、e）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(guò)對(duì)導(dǎo)引頻率的識(shí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)AGV的導(dǎo)引。其主要優(yōu)點(diǎn)是引線隱蔽，不易污染和破損，導(dǎo)引原理簡(jiǎn)單而可靠，便于控制和通訊，對(duì)聲光無(wú)干擾，制造成本較低。缺點(diǎn)是路徑難以更改擴(kuò)展，對(duì)復(fù)雜路徑的局限性大。3磁帶導(dǎo)引 （Magnetic Tape Guidance）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(guò)磁感應(yīng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引，其靈活性比較好，改變或擴(kuò)充路徑較容易，磁帶鋪設(shè)簡(jiǎn)單易行，但此導(dǎo)引方式易受環(huán)路周圍金屬物質(zhì)的干擾，磁帶易受機(jī)械損傷，因此導(dǎo)引的可靠性受外界影響較大。4光學(xué)

7、導(dǎo)引（Optical Guidance）在AGV的行駛路徑上涂漆或粘貼色帶，通過(guò)對(duì)攝像機(jī)采入的色帶圖象信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單處理而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引，其靈活性比較好，地面路線設(shè)置簡(jiǎn)單易行，但對(duì)色帶的污染和機(jī)械磨損十分敏感，對(duì)環(huán)境要求過(guò)高，導(dǎo)引可靠性較差，精度較低。5激光導(dǎo)航（Laser Navigation）激光導(dǎo)引是在AGV行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板，AGV通過(guò)激光掃描器發(fā)射激光束，同時(shí)采集由反射板反射的激光束，來(lái)確定其當(dāng)前的位置和航向，并通過(guò)連續(xù)的三角幾何運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)AGV的導(dǎo)引。此項(xiàng)技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是，AGV定位精確；地面無(wú)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(chǎng)環(huán)境，它是目前國(guó)外許多A

8、GV生產(chǎn)廠家優(yōu)先采用的先進(jìn)導(dǎo)引方式；缺點(diǎn)是制造成本高，對(duì)環(huán)境要求較相對(duì)苛刻（外界光線，地面要求，能見(jiàn)度要求等），不適合室外（尤其是易受雨、雪、霧的影響）。6慣性導(dǎo)航 （Inertial Navigation）慣性導(dǎo)航是在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(guò)對(duì)陀螺儀偏差信號(hào)（角速率）的計(jì)算及地面定位塊信號(hào)的采集來(lái)確定自身的位置和航向，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引。此項(xiàng)技術(shù)在軍方較早運(yùn)用，其主要優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)先進(jìn)，較之有線導(dǎo)引，地面處理工作量小，路徑靈活性強(qiáng)。其缺點(diǎn)是制造成本較高，導(dǎo)引的精度和可靠性與陀螺儀的制造精度及其后續(xù)信號(hào)處理密切相關(guān)。7GPS（全球定位系統(tǒng)）導(dǎo)航 （Global Po

9、sition System）通過(guò)衛(wèi)星對(duì)非固定路面系統(tǒng)中的控制對(duì)象進(jìn)行跟蹤和制導(dǎo)，目前此項(xiàng)技術(shù)還在發(fā)展和完善，通常用于室外遠(yuǎn)距離的跟蹤和制導(dǎo)，其精度取決于衛(wèi)星在空中的固定精度和數(shù)量，以及控制對(duì)象周圍環(huán)境等因素。由此發(fā)展出來(lái)的是iGPS（室內(nèi)GPS）和dGPS（用于室外的差分GPS），其精度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于民用GPS，但地面設(shè)施的制造成本是一般用戶無(wú)法接受的。四、AGV的優(yōu)點(diǎn)1.自動(dòng)化程度高；由計(jì)算機(jī)，電控設(shè)備，激光反射板等控制。當(dāng)車間某一環(huán)節(jié)需要輔料時(shí)，由工作人員向計(jì)算機(jī)終端輸入相關(guān)信息，計(jì)算機(jī)終端再將信息發(fā)送到中央控制室，由專業(yè)的技術(shù)人員向計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，在電控設(shè)備的合作下，這一指令最終被AGV接受

10、并執(zhí)行將輔料送至相應(yīng)地點(diǎn)。2.充電自動(dòng)化；當(dāng)AGV小車的電量即將耗盡時(shí)，它會(huì)向系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求指令，請(qǐng)求充電（一般技術(shù)人員會(huì)事先設(shè)置好一個(gè)值），在系統(tǒng)允許后自動(dòng)到充電的地方“排隊(duì)”充電。3.AGV小車的電池壽命很長(zhǎng)（10年以上），并且每充電15分鐘可工作4h左右。4.美觀，提高觀賞度，從而提高企業(yè)的形象。5.方便，減少占地面積；生產(chǎn)車間的AGV小車可以在各個(gè)車間穿梭往復(fù)。五、AGV的應(yīng)用領(lǐng)域1倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)是AGV最早應(yīng)用的場(chǎng)所。1954年世界上首臺(tái)AGV在美國(guó)的South Carolina州的Mercury Motor Freight公司的倉(cāng)庫(kù)內(nèi)投入運(yùn)營(yíng)，用于實(shí)現(xiàn)出入庫(kù)貨物的自動(dòng)搬運(yùn)。目前世界上約

11、有2萬(wàn)臺(tái)各種各樣AGV運(yùn)行在2100座大大小小倉(cāng)庫(kù)中。海爾集團(tuán)于2000年投產(chǎn)運(yùn)行的開(kāi)發(fā)區(qū)立體倉(cāng)庫(kù)中，9臺(tái)AGV組成了一個(gè)柔性的庫(kù)內(nèi)自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)，成功地完成了每天23400的出入庫(kù)貨物和零部件的搬運(yùn)任務(wù)。2制造業(yè)AGV在制造業(yè)的生產(chǎn)線中大顯身手，高效、準(zhǔn)確、靈活地完成物料的搬運(yùn)任務(wù)。并且可由多臺(tái)AGV組成柔性的物流搬運(yùn)系統(tǒng)，搬運(yùn)路線可以隨著生產(chǎn)工藝流程的調(diào)整而及時(shí)調(diào)整，使一條生產(chǎn)線上能夠制造出十幾種產(chǎn)品，大大提高了生產(chǎn)的柔性和企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。1974年瑞典的Volvo Kalmar轎車裝配廠為了提高運(yùn)輸系統(tǒng)的靈活性，采用基于AGVS為載運(yùn)工具的自動(dòng)轎車裝配線，該裝配線由多臺(tái)可裝載轎車車體的AGV

12、S組成，采用該裝配線后，裝配時(shí)間減少了20%，裝配故障減小39%，投資回收時(shí)間減小57%，勞動(dòng)力減小了5%。目前，AGV在世界的主要汽車廠，如通用、豐田、克萊斯勒、大眾等汽車廠的制造和裝配線上得到了普遍應(yīng)用。近年來(lái)，作為CIMS的基礎(chǔ)搬運(yùn)工具，AGV的應(yīng)用深入到機(jī)械加工、家電生產(chǎn)、微電子制造、卷煙等多個(gè)行業(yè)，生產(chǎn)加工領(lǐng)域成為AGV應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。3郵局、圖書館、港口碼頭和機(jī)場(chǎng)在郵局、圖書館、碼頭和機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)合，物品的運(yùn)送存在著作業(yè)量變化大，動(dòng)態(tài)性強(qiáng)，作業(yè)流程經(jīng)常調(diào)整，以及搬運(yùn)作業(yè)過(guò)程單一等特點(diǎn)，AGV的并行作業(yè)、自動(dòng)化、智能化和柔性化的特性能夠很好的滿足上式場(chǎng)合的搬運(yùn)要求。瑞典于1983年在大斯得哥爾摩郵局、日本于1988年在東京多摩郵局、中國(guó)在1990年于上海郵政樞紐開(kāi)始使用AGV，完成郵品的搬運(yùn)工作。在荷蘭鹿特丹港口，50輛稱為“yard tractors”的AGV完成集裝箱從船邊運(yùn)送到幾百碼以外的倉(cāng)庫(kù)這一重復(fù)性工作。4煙草、醫(yī)藥、食品、化工對(duì)于搬運(yùn)作業(yè)有清潔、安全、無(wú)排放污染等特殊要求的煙草、醫(yī)藥、食品、化工等行業(yè)中，AGV的應(yīng)用也受到重視。在國(guó)內(nèi)的許多卷煙企業(yè)，如青島頤中集團(tuán)、玉溪紅塔集團(tuán)、紅河卷煙廠、淮陰卷煙廠都應(yīng)用了激光引導(dǎo)式AGV完成托盤貨物的搬運(yùn)工作。5危險(xiǎn)場(chǎng)