AGV结构导航研究报告.docx
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AGV结构导航研究报告.docx
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AGV结构导航研究报告
一、AGV小车的价格因素
二、AGV、LGV、AGC名词解释
AGV---AutomatedGuidedVehicle是自动导引车(移动机器人)统称
AGC---AutomatedGuidedCartAGC是源于日本的简易型AGV技术,特点简易、适用,多用于料箱托运
LGV---laserGuidedVehicle激光导航自动导引车,是AGV一种
一般来说,AGV价格取决多种因素,国内外价格差距很大,那么我们不妨以欧美、日本、中国为代表,对AGV价格取决因素以及未来发展方向做一些探讨。
在欧美,一台激光导引的后叉式AGV的单机价格约为120万人民币左右,相当于3.5个工人一年的工资费用,考虑到工人优厚福利待遇、社会保险及休假时间,AGV使用成本与工人相当,这也是AGV在欧美大量应用原因。
另外,欧美AGV技术比较成熟可靠,单机载荷从50公斤到100吨不等,驱动系统最多可达到16个同时控制,系统价格从100万人民币到1000万人民币不等,高昂的价格及售后服务费用是欧美这些AGV厂家很难在中国推广应用主要因素。
在日本,AGV变异了分支,我们称为AGC(AGC-AutomatedGuidedCart),它实际完全结合简单的生产应用场合,单一的路径、固定的流程,AGC只是用来进行搬运。
在导引方面,只采用简易的磁带导引方式,没有电子地图,没有精定位,没有上位机调度等等。
由于日本的基础工业发达,生产企业能够为AGC配置上几乎简单得不能再简单的功能器件,使AGC的成本几乎降到了极限(单车价格在10万人民币左右)。
该技术追求的是简单实用,极力让用户在最短的时间内收回投资成本,这类AGV在日本和中国台湾应用十分广泛,近五年来,国内的一些企业也大规模地采用了,但普遍反应是故障率高、零部件寿命短等问题。
在中国,随着我国各行各业自动化生产进步,对AGV系统的应用需求越来越大。
靠人口红利优势保持经济发展时代已经一去不复返了,企业面对人力成本的提高唯一方法是提高有效劳动生产力,也就是提高生产自动化的程度,AGV作为目前最柔性的自动化运输设备就有着广阔的市场。
国内AGV价格受行走模式、移载方式、充电方式、载荷、导航方式等影响,价格由十几万到一百多万不等。
目前从技术角度讲,中国AGV市场正朝着开放式的结构通用器件与平台、分布式总线结构、重载AGV、电机的交流化、室外移动机器人的应用等趋势发展。
三、AGV的驱动方式有哪些
单驱动:
用于三轮车型:
一个驱动兼转向轮,两个固定从动轮(分布在车体轴线的两边)。
这种车型可以前进、后退、左右转弯(转角小于90°)。
因三轮结构的抓地性好,对地表面要求一般,适用于广泛的环境和场合。
差速驱动:
常见有三轮和四轮两种车型:
两个固定驱动轮(分布在车体轴线的两边),一个(三轮车型)或两个(四轮车型)从动自由轮,转弯靠两个驱动轮之间的速度差实现。
这种车型可以前进、后退、左右转弯(转角大于90°)、原地自旋,转弯的适应性比单驱动强。
若是三轮车型,对地表面的适用性和单驱动类似。
若是四轮车型,因容易造成其中某一个轮悬空而影响导航,故对地表面平整度要求苛刻,适用范围受到一定限制。
双驱动
用于四轮车型:
两个驱动兼转向轮,两个从动自由轮。
这种车型可以前进、后退、全方位(万向)行驶。
突出特点是可以在行驶过程中控制车身姿态的任意变化,适用于狭窄通道或对作业方向有特别要求的环境和场合。
缺点和差速驱动的四轮车型类似,对地表面平整度要求苛刻,适用范围受到一定限制;此外,结构复杂,成本较高。
多轮驱动用于八轮车型:
四个驱动兼转向轮,四个从动自由轮。
这种车型可以前进、后退、全方位行驶。
应用于重载行业输送,结构复杂,成本较高。
四、 AGV的优点
(1)自动化程度高:
由计算机,电控设备,激光反射板等控制。
当车间某一环节需要辅料时,由工作人员向计算机终端输入相关信息,计算机终端再将信息发送到中央控制室,由专业的技术人员向计算机发出指令,在电控设备的合作下,这一指令最终被AGV接受并执行——将辅料送至相应地点。
(2)充电自动化:
当AGV小车的电量即将耗尽时,它会向系统发出请求指令,请求充电(一般技术人员会事先设置好一个值),在系统允许后自动到充电的地方"排队"充电。
另外,AGV小车的电池寿命很长(10年以上),并且每充电15分钟可工作4h左右。
(3)电池能耗计算:
假定采用2块12伏100Ah电池串联组成电池组为小车供电。
当电机在24伏电压作用下单机功率150W时,工作电流6.25A,电池理论持续放电时间为16小时。
按电池剩余50%的电量开始重新充电,计算出电池实际可持续放电时间为8小时。
AGV电池累计充电寿命:
选配的铅酸电池为国外名牌产品,其出厂标定充电次数为1000-1200次,从其下限估算,从放电50%的状态开始重新充电,反复充放电的次数为1000次。
(4)美观,提高观赏度,从而提高企业的形象。
(5)方便,减少占地面积;生产车间的AGV小车可以在各个车间穿梭往复。
五、AGV的发展历史
AGV扮演物料运输的角色已经50多年了。
第一辆AGV诞生于1953年,它是由一辆牵引式拖拉机改造而成的,带有车兜,在一间杂货仓库中沿着布置在空中的导线运输货物。
到上世纪五十年代末到六十年代初期时,已有多种类型的牵引式AGV用于工厂和仓库。
20世纪70年代,基本的导引技术是靠感应埋在地下的导线产生的电磁频率。
通过一个叫做"地面控制器"的设备打开或关闭导线中的频率,从而指引AGV沿着预定的路径行驶。
20世纪80年代末期,无线式导引技术引入到AGV系统中,例如利用激光和惯性进行导引,这样提高了AGV系统的灵活性和准确性,而且,当需要修改路径时,也不必改动地面或中断生产。
这些导引方式的引入,使得导引方式更加多样化了。
从20世纪80年代以来,自动导引运输车(AGV)系统已经发展成为生产物流系统中最大的专业分支之一,并出现产业化发展的趋势,成为现代化企业自动化装备不可缺少的重要组成部分。
在欧、美等发达国家,发展最为迅速,应用最为广泛;在亚洲的日本和韩国,也得到迅猛的发展和应用,尤其是在日本,产品规格、品种、技术水平、装备数量及自动化程度等方面较为丰富,已经达到标准化、系列化、流水线生产的程度。
在我国,随着物流系统的迅速发展,AGV的应用范围也在不断扩展,如何能够开发出能够满足用户各方面需求(功能、价格、质量)的AGV系统技术是未来我们必须面对的现实问题。
综合分析AGV技术的发展,我们不难分析出国内外AGV有两种发展模式:
第一种是以欧美国家为代表的全自动AGV技术,这类技术追求AGV的自动化,几乎完全不需要人工的干预,路径规划和生产流程复杂多变,能够运用在几乎所有的搬运场合。
这些AGV功能完善,技术先进;同时为了能够采用模块化设计,降低设计成本,提高批量生产的标准,欧美的AGV放弃了对外观造型的追求,采用大部件组装的形式进行生产;系列产品的覆盖面广:
各种驱动模式,各种导引方式,各种移载机构应有尽有,系列产品的载重量可从50kg到60000kg(60吨)。
尽管如此,由于技术和功能的限制,此类AGV的销售价格仍然居高不下。
此类产品在国内有为数不多的企业可以生产,技术水平与国际水平相当。
第二种是以日本为代表的简易型AGV技术--或只能称其为AGC(AutomatedGuidedCart),该技术追求的是简单实用,极力让用户在最短的时间内收回投资成本,这类AGV在日本和台湾企业应用十分广泛,从数量上看,日本生产的大多数AGV属于此类产品(AGC)。
该类产品完全结合简单的生产应用场合(单一的路径,固定的流程),AGC只是用来进行搬运,并不刻意强调AGC的自动装卸功能,在导引方面,多数只采用简易的磁带导引方式。
由于日本的基础工业发达,AGC生产企业能够为其配置上几乎简单得不能再简单的功能器件,使AGC的成本几乎降到了极限。
这种AGC在日本80年代就得到了广泛应用,2002到2003年达到应用的顶峰。
由于该产品技术门槛较低,目前国内已有多家企业可生产此类产品。
六、AGV控制系统简介系统
AGV控制系统分为地面(上位)控制系统、车载(单机)控制系统及导航/导引系统。
其中,地面(上位)控制系统指AGV系统的固定设备,主要负责任务分配,车辆调度,路径(线)管理,交通管理,自动充电等功能;车载控制系统在收到上位系统的指令后,负责AGV的导航计算,导引实现,车辆行走,装卸操作等功能;导航/导引系统为AGV单机提供系统绝对或相对位置及航向。
地面控制系统:
AGV地面控制系统(StationarySystem)即AGV上位控制系统,是AGV系统的核心。
主要功能:
对AGV系统(AGVS)中的多台AGV单机进行任务分配,车辆管理,交通管理,通讯管理等。
任务管理:
任务管理类似计算机操作系统的进程管理,它提供对AGV地面控制程序的解释执行环境;提供根据任务优先级和启动时间的调度运行;提供对任务的各种操作如启动、停止、取消等。
车辆管理:
车辆管理是AGV管理的核心模块,它根据物料搬运任务的请求,分配调度AGV执行任务,根据AGV行走时间最短原则,计算AGV的最短行走路径,并控制指挥AGV的行走过程,及时下达装卸货和充电命令。
交通管理:
根据AGV的物理尺寸大小、运行状态和路径状况,提供AGV互相自动避让的措施,同时避免车辆互相等待的死锁方法和出现死锁的解除方法;AGV的交通管理主要有行走段分配和死锁报告功能。
通讯管理:
通信管理提供AGV地面控制系统与AGV单机、地面监控系统、地面IO设备、车辆仿真系统及上位计算机的通信功能。
和AGV间的通信使用无线电通信方式,需要建立一个无线网络,AGV只和地面系统进行双向通信,AGV间不进行通信,地面控制系统采用轮询方式和多台AGV通信;与地面监控系统、车辆仿真系统、上位计算机的通信使用TCP/IP通信。
车载控制系统:
AGV车载控制系统(OnboardSystem),即AGV单机控制系统,在收到上位系统的指令后,负责AGV单机的导航,导引,路径选择,车辆驱动,装卸操作等功能。
导航(Navigation):
AGV单机通过自身装备的导航器件测量并计算出所在全局坐标中的位置和航向。
导引(Guidance):
AGV单机根据目前的位置、航向及预先设定的理论轨迹来计算下个周期的速度值和转向角度值即,AGV运动的命令值。
路径选择(Searching):
AGV单机根据上位系统的指令,通过计算,预先选择即将运行的路径,并将结果报送上位控制系统,能否运行由上位系统根据其它AGV所在的位置统一调配。
AGV单机行走的路径是根据实际工作条件设计的,它有若干"段"(Segment)组成。
每一"段"都指明了该段的起始点、终止点,以及AGV在该段的行驶速度和转向等信息。
AGV单机根据导引(Guidance)的计算结果和路径选择信息,通过伺服器件控制车辆运行。
导航/导引系统
AGV之所以能够实现无人驾驶,导航和导引对其起到了至关重要的作用,随着技术的发展,目前能够用于AGV的导航/导引技术主要有以下几种:
1直接坐标(CartesianGuidance)
用定位块将AGV的行驶区域分成若干坐标小区域,通过对小区域的计数实现导引,一般有光电式(将坐标小区域以两种颜色划分,通过光电器件计数)和电磁式(将坐标小区域以金属块或磁块划分,通过电磁感应器件计数)两种形式,其优点是可以实现路径的修改,导引的可靠性好,对环境无特别要求。
缺点是地面测量安装复杂,工作量大,导引精度和定位精度较低,且无法满足复杂路径的要求。
2电磁导引(WireGuidance)
电磁导引是较为传统的导引方式之一,目前仍被许多系统采用,它是在AGV的行驶路径上埋设金属线,并在金属线加载导引频率,通过对导引频率的识别来实现AGV的导引。
其主要优点是引线隐蔽,不易污染和破损,导引原理简单而可靠,便于控制和通讯,对声光无干扰,制造成本较低。
缺点是路径难以更改扩展,对复杂路径的局限性大。
3磁带导引(MagneticTapeGuidance)
与电磁导引相近,用在路面上贴磁带替代在地面下埋设金属线,通过磁感应信号实现导引,其灵活性比较好,改变或扩充路径较容易,磁带铺设简单易行,但此导引方式易受环路周围金属物质的干扰,磁带易受机械损伤,因此导引的可靠性受外界影响较大。
4光学导引(OpticalGuidance)
在AGV的行驶路径上涂漆或粘贴色带,通过对摄像机采入的色带图象信号进行简单处理而实现导引,其灵活性比较好,地面路线设置简单易行,但对色带的污染和机械磨损十分敏感,对环境要求过高,导引可靠性较差,精度较低。
5激光导航(LaserNavigation)
激光导引是在AGV行驶路径的周围安装位置精确的激光反射板,AGV通过激光扫描器发射激光束,同时采集由反射板反射的激光束,来确定其当前的位置和航向,并通过连续的三角几何运算来实现AGV的导引。
此项技术最大的优点是,AGV定位精确;地面无需其他定位设施;行驶路径可灵活多变,能够适合多种现场环境,它是目前国外许多AGV生产厂家优先采用的先进导引方式;缺点是制造成本高,对环境要求较相对苛刻(外界光线,地面要求,能见度要求等),不适合室外(尤其是易受雨、雪、雾的影响)。
6惯性导航(InertialNavigation)
惯性导航是在AGV上安装陀螺仪,在行驶区域的地面上安装定位块,AGV可通过对陀螺仪偏差信号(角速率)的计算及地面定位块信号的采集来确定自身的位置和航向,从而实现导引。
此项技术在军方较早运用,其主要优点是技术先进,较之有线导引,地面处理工作量小,路径灵活性强。
其缺点是制造成本较高,导引的精度和可靠性与陀螺仪的制造精度及其后续信号处理密切相关。
7视觉导航(VisualNavigation)
对AGV行驶区域的环境进行图象识别,实现智能行驶,这是一种具有巨大潜力的导引技术,此项技术已被少数国家的军方采用,将其应用到AGV上还只停留在研究中,目前还未出现采用此类技术的实用型AGV。
可以想象,图象识别技术与激光导引技术相结合将会AGV更加完美,如导引的精确性和可靠性,行驶的安全性,智能化的记忆识别等都将更加完美。
8GPS(全球定位系统)导航(GlobalPositionSystem)通过卫星对非固定路面系统中的控制对象进行跟踪和制导,目前此项技术还在发展和完善,通常用于室外远距离的跟踪和制导,其精度取决于卫星在空中的固定精度和数量,以及控制对象周围环境等因素。
由此发展出来的是iGPS(室内GPS)和dGPS(用于室外的差分GPS),其精度要远远高于民用GPS,但地面设施的制造成本是一般用户无法接受的。
总结说明
首先,给大家两个英文单词Navigation(导航),Guidance(导引),这两个单词的意思是不一样的。
导航是指确定自身的位置及航向;而导引是根据目前的位置、航向及理论轨迹来计算下个周期的速度值和转向角度值。
有了这个概念后,我们分析一下磁带导引、电磁导引或其它形式的"有线"导引。
他们都只能称为导引,而不叫导航。
因为,这些导引方式只需AGV的相对位置,而与全局坐标无关!
这也是为什么这类导引的AGV相对简单的原因:
不需要复杂的导航计算(Dead-reckoning),甚至不需要导引计算,只需根据传感器的差分信号进行简单的转向控制。
建议朋友们,不再说磁导航,而是叫磁带导引(MagneticTapeGuidance)和电磁导引也称线导(WireGuidance)。
AGV的导航/导引技术多种多样,不同的场合可采用不同的导引技术。
单一的导引技术无法覆盖所有的应用:
例如在有叉车行驶的场合我们就不宜选用磁带导引,可选用将导引线埋入地下的电磁导引;在由于工艺需要,路径需要经常变化的场合,可考虑激光导引;在路径复杂的场合应尽量考虑"无线"方式(激光,陀螺),因为"有线"模式,只能是真正地理意义上的"路",而"无线"模式的路径是虚拟的,可以重叠,交叉,可以乱得象一团麻,而即使这样,AGV的运行在系统的调度下也是有序的,路径的选择也是最优的,所谓"条条大路通罗马"。
AGV就能象汽车一样,在受到前方车辆阻挡时还能够找到其它的路径,从而提升AGV系统的作业效率。
无人搬运车(AutomatedGuidedVehicle,简称AGV),指装备有电磁或光学等自动导引装置,能够沿规定的导引路径行驶,具有安全保护以及各种移载功能的运输车,工业应用中不需驾驶员的搬运车,以可充电之蓄电池为其动力来源。
一般可透过电脑来控制其行进路线以及行为,或利用电磁轨道(electromagneticpath-followingsystem)来设立其行进路线,电磁轨道黏贴於地板上,无人搬运车则依循电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作。
AGV以轮式移动为特征,较之步行、爬行或其它非轮式的移动机器人具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势。
与物料输送中常用的其他设备相比,AGV的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置,不受场地、道路和空间的限制。
因此,在自动化物流系统中,最能充分地体现其自动性和柔性,实现高效、经济、灵活的无人化生产。
七、装配式AGV主要技术参数、图片
表1:
序号
名称
参数
备注
1
AGV驱动方式
双舵轮驱动
2
行走方式
全方位
3
AGV额定负载能力
2800kg
4
最大速度
直线36m/min,转弯25m/min
5
工作速度
直线30m/min,转弯20m/min
6
AGV自重
4500KG
7
防碰装置
运动方向接触式保险杠
8
自动跟踪精度
±10mm
9
自动导航精度
±10mm
10
停车精度
±5mm
11
举升额定负载
1000KG
12
举升最大行程
1020mm
13
全方位滑动平台
X±125mm;Y±50mm;旋转±2度
14
载人提升机举升行程
800mm
15
载人提升机举升负载
300kg
16
车体外形尺寸
4800mm×2000mm×800mm/1820mm
表2:
序号
名称
参数
备注
1
AGV驱动方式
单舵轮驱动
2
行走方式
前进、转弯
3
AGV额定负载能力
1300kg
4
最大速度
直线36m/min,转弯25m/min
5
工作速度
直线30m/min,转弯20m/min
6
AGV自重
1800KG
7
防碰装置
运动方向激光区域扫描传感器+接触式保险杠
8
自动导航精度
±10mm
9
停车精度
±5mm
10
举升最大行程
500mm
11
提升机举升负载
1300kg
12
车体外形尺寸
2800mm×1200mm×1600mm
八、叉车式LGV主要技术参数、图片
叉车LGV表3:
序号
名称
参数
备注
1
AGV驱动方式
单舵轮驱动
2
行走方式
前进、后退、转弯
3
导航方式
激光导航
4
AGV额定负载能力
1300kg
5
最大速度
直线60m/min,转弯25m/min
6
工作速度
直线45m/min,转弯20m/min
7
AGV自重
1000KG
8
防碰装置
运动方向激光区域扫描传感器
9
自动导航精度
±10mm
10
停车精度
±5mm
主要技术参数:
通讯方式:
LGV控制台与LGV间采用无线局域网通讯交换信息。
LGV导航方式:
激光导航
LGV驱动方式:
单舵轮直流伺服驱动
运动方向:
前进,后退,转弯
负载能力:
1000Kg
LGV自重:
800Kg
最大速度:
60m/min(直线)
工作速度:
50m/min(直线),15m/min(弯道)
导航精度:
±10mm
停车精度:
±5mm
转弯半径:
1.5m(最小)
工作时间:
24小时
充电方式:
自动充电
电池:
镍铬电池48V/100Lh
车体体积:
长×宽×高,2340×1450×2200(mm)
移载方式:
货叉(升降速度4米/分)
防碰装置:
SICK激光防碰LGV的安全系统
为确保LGV在运行过程中自身安全,特别是现场人员的安全及各类设备的安全,LGV将采取多级安全措施。
通常第一级防护装置为非接触传感器,第二级是装在LGV前面的接触式传感器——保险杠。
通常非接触传感器设有二个区域,当第一个区域发现障碍物时,运行中的LGV减速运行,当第二个区域发现障碍物时LGV减速停车。
当前面的障碍物清除后,LGV自动启动运行。
以白色物体为例:
第一个区域检测距离为1-2米,第二个区域检测距离为0.5-1米。
保险杠是最后的安全防护装置。
当非接触传感器失效或没能发现的障碍物撞到保险杠时,保险杠受到一定的压力后将报警并控制LGV紧急停止。
另外,在LGV的后部设有急停开关,任何时间按下开关,LGV立即停止运行。
为保证移载准确及安全,设置拖盘检测传感器。
LGV安装醒目的信号灯和声音报警装置,以提醒周围的工作人员。
当LGV一旦发生故障,LGV自动发出声光报警,同时通过无线通讯系统通知LGV控制台,并在控制台上显示LGV当前状态和文字提示。
监控人员可以根据提示的信息,指挥现场人员排除故障。
自诊断系统
AGV车载控制器软件和硬件的设计提供了AGV系统的自检测,自诊断,自保护能力。
例如:
伺服电机故障、伺服驱动器故障、充电继电器故障、电池电压低、路径跟踪失败、无线通讯中断等。
在线自动充电系统
为确保24小时连续生产能力,AGV的电池选择快速充电电池,充电方式为自动充电。
在线自动充电系统由地面充电器、AGV电量检测装置和充电管理系统构成。
AGV在运行过程中电量检测装置实时监测电池的放电量,当放电量达到指定的数值时,产生充电申请。
AGV通过无线局域网向控制台提出充电申请,由控制台控制充电机,当AGV到达充电站时充电。
充电器是全自动的,控制台通过I/O点对充电器进行管理。
每台充电器的容量为20KVL。
电磁离合器控制的驱动转向机构
舵轮电机实样图
九、搬运式LGV主要技术参数、图片
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