AGV技术及其在生产中地应用.docx

AGV技术及其在生产中地应用.docx

《AGV技术及其在生产中地应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《AGV技术及其在生产中地应用.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

AGV技术及其在生产中地应用

AGV技术及其在生产中的应用

1.1AGV的概念

AGV是自动导引运输车（AutomatedGuidedVehicle）的英文缩写，通常也称为AGV小车，是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，AGV属于轮式移动机器人（WMR――WheeledMobileRobot）的畴。

AGV一般以电池为动力，目前也有用非接触能量传输系统－－CPS（ContactlessPowerSystem）为动力的。

AGV装有非接触导航（导引）装置，可实现无人驾驶的运输作业。

它的主要功能表现为能在计算机监控下，按路径规划和作业要求，精确地行走并停靠到指定地点，完成一系列作业功能。

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。

传统的仓库和工厂中货物的搬运总是耗费大量人力、效率底下、频繁出错。

仓库中的选货就更是问题了、货物存储的地方、不同货物有不同大小，不同的重量等等，对机器和人都是一种挑战。

使用自动导引车辆电动车控制器（AGV）可以轻松完美的解决这一难题——不仅降低人力成本、提高效率，还可以使工作环境更加安全。

1.2AGV的发展状况

20世纪50年代初，美国发明制造出世界上第一台自动导引车。

20世纪60年代至70年代，AGV小车受到美国工人阶级的抵制，AGV的发展在美国遭遇阻碍。

于此相反，AGV小车在欧洲的到了飞速发展，1973年，AGV小车在瑞典沃尔沃汽车生产线上的到使用并与电脑形成智能化控制装备作业，进一步加快了AGV的发展。

1965年，日本推出了他们自己的第一款AGV小车。

之后，日本大力发展AGV，为AGV的发展做出非常非常大的贡献。

至1994年，日本共生产6,485辆AGV。

上世纪由于我国国情：

经济发展较落后，制造业水平低，AGV小车在我国的发展时间短，技术较为落后。

改革开放后随着经济的飞速发展，AGV小车也迎来了春天，物资处理研究所、清华大学、华中科技大学、交通大学、国防科技大学、研究所都进行了AGV小车的研究。

1976起重运输机械研究所是为了制造出我国第一台电磁导引的AGV小车，让我国在AGV小车领域进入一个新阶段。

1989年，邮政科学研究规划院制造了我国第一台双向无信电通信的AGV。

现在AGV小车的批量生产已经在该院的到实现，到1996年，该院已经生产AGV小车26台。

并全部投入使用，且效果很好。

到目前为止，在AGV小车技术上取得革命性成功的是自动化所，他们能够实现小车车体结构设计，运行路线自动化控制和导航，并且实现小车高度集成化系统化管理。

目前，他们生产的小车主要有装配型和转运型，并且成为国唯一一家能够独立设计与生产AGV的品牌单位。

其产品性能好，已经达到国际先进水平，该企业的AGV技术已经出口，在国三星公司得到应用。

与此同时，金杯汽车也购买了六台AGV小车，应用于装配生产线上。

如吉利工厂、格力空调器厂、飞机制造厂、海尔集团等，现在，国越来越多的工厂，科研机构已经采用AGV为汽车装配、邮政报刊等分拣输送、大型军械仓库、自动化仓储系统服务。

既有国外引进也有国生产的。

20世纪80年代，AGV已经进入中国市场，随着现代化工业的快速发展及AGV小车用于自动化生产的优越性，未来势必会迅速发展和得到广泛应用。

AGV自动导引车的功能，是根据不同应用场合可以改变。

随着计算机的发展，柔性制造系统的提升，AGV的功能越来越灵活多变。

自动化工厂及高效的物流都离不开AGV，随着经济的发展，在应用AGV的领域肯定会越来越大。

1.3AGV的分类

自动导引小车根据是否有轨道可以分为以下两种。

（1）有轨式：

在小车的工作地面有机械的轨道。

这种AGV小车的特点是：

以为有机械的固定轨道，小车的灵活性就较差，但有很大的承载能力适用于承载较重的货物。

这种形式的小车轨道不能较为复杂，多采用直线或环形轨道，适用于搬运箱体的生产线。

还有一种有轨形式是高架轨道（空间），这样就使得车间空间得到有效利用，并且这样的话就让生产线与人活动的空间分开，提高工厂的安全，但也有缺点，就是承载力小。

所以高架有轨小车多用于重量较轻的货物运输。

所以，有轨小车结构简单，由于有固定的导轨，工作的多样性、扩展性和灵活性不够理想。

（2）无轨式：

这种形式的AGV小车主要有微型计算机系统控制。

通过计算机编程让小车按既定路线行走，能够选择性停止、运行，能准确定位，具有较好的安全保护装置如安全传感器等。

还有各种移栽装置应对不同的工作环境。

而无轨小车根据引导方法了是否有制定路线又可以分为有径引导和无径引导。

有径引导是指光学或电磁这类导引方法，它们需要在地面预先铺设电磁导引带或光学感应带。

小车通过地面上的感应带将运行信息传送给电脑，而电脑根据小车的信息数据反馈控制小车，是小车安全高效的工作。

无径引导主要是指视觉导引、惯性力导引等方法。

AGV小车在行驶中没有预先布置的路线，小车的行走主要根据视觉传感器将图像传给电脑，电脑分析之后安排小车路线。

这种方式灵活性大，但稳定不高，主要由于控制系统还达不到要求，现在还在研发进一步完善中。

1.4AGV的组成

AGV由以下各部分组成：

车体、蓄电池、车上充电装置、驱动装置、转向装置、控制系统、移载装置、安全装置、精确定位装置、通信单元和导引系统。

AGV的功能决定小车的车体结构，蓄电池、车载控制器、各种传感器、车轮的安装都与AGV功能有关。

如车体运动机构是采用三轮、四轮、还是六轮，驱动方式是什么。

车架通常是通过钢铁焊接而成，车体材料通常选用铝合金是为了减轻车体重量。

在考虑到安全问题，车体不要有尖角，避免划伤或碰撞，周围通常设计为圆滑形式。

图1-1自动导引小车结构图

1.车体。

由车架和相应的机械电气结构如减速箱、电机、车轮等组成。

车架常采用焊接钢结构，要求有足够的刚性。

2.蓄电池与充电装置。

常采用24V或48V直流工业蓄电池为动力。

3.驱动装置。

驱动装置是一个伺服驱动的变速控制系统，可驱动AGV运行并具有速度控制和制动能力。

它由车轮、减速器、制动器、电机及速度控制器等部分组成，并由计算机或人工进行控制。

4.转向装置。

AGV常设计成三种运动方式：

只能向前；能向前与向后；能纵向、横向、斜向及回转全方位运动。

转向装置的结构也有三种：

（1）铰轴转向式三轮车型。

车体的前部为一个铰轴转向车轮，同时也是驱动轮。

转向和驱动分别由两个不同的电动机带动，车体后部为两个自由轮，由前轮控制转向实现单方向向前行驶。

其结构简单、成本低，但定位精度较低。

（2）差速转向式四轮车型。

车体的中部有两个驱动轮，由两个电机分别驱动。

前后部各有一个转向轮（自由轮）。

通过控制中部两个轮的速度比可实现车体的转向，并实现前后双向行驶和转向。

这种方式结构简单，定位精度较高。

（3）全轮转向式四轮车型。

车体的前后部各有两个驱动和转向一体化车轮，每个车轮分别由各自的电动机驱动，可实现沿纵向、横向、斜向和回转方向任意路线行走，控制较复杂。

5.控制系统。

AGV控制系统包括车上控制器和地面（车外）控制器，均采用微型计算机，通过通信进行联系。

其中，地面控制器是指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；车上控制器在收到地面系统的指令后，负责AGV的导航计算，导引实现，车辆行走，装卸操作等功能。

6.移载装置。

AGV用移载装置来装卸货物，即接受和卸下载荷。

常见的AGV装卸方式可分为被动装卸和主动装卸两种。

被动装卸方式的小车自己不具有完整的装卸功能，而是采用助卸方式，即配合装卸站或接收物料方的装卸装置自动装卸。

常见的助卸装置有滚柱式台面和升降式台面两种。

主动装卸方式是指自动小车自己具有装卸功能。

常见的主动装卸方式有单面推拉式、双面推拉式、叉车式和机器人式。

7．安全装置。

为确保AGV在运行过程中自身安全，现场人员及各类设备的安全，AGV将采取多级硬件、软件的安全措施。

在AGV的前面设有红外光非接触式防碰传感器和接触式防碰传感器——保险杠。

AGV安装醒目的信号灯和声音报警装置，以提醒周围的操作人员。

一旦发生故障，AGV自动进行声光报警，同时无线通讯通知AGV监控系统。

（1）障碍物接触式缓冲器。

障碍物接触式缓冲器是一种强制停车安全装置，它产生作用的前提是与其它物体相接触，使其发生一定的变形，从而触动有关限位装置，强行使其断电停车。

（2）障碍物接近传感器。

非接触式检测装置是障碍物接触式缓冲器的辅助装置，是先于障碍物接触式缓冲器发生作用的安全装置。

为了安全，障碍物接近传感器是一个多级的接近检测装置，在预定距离检测障碍物。

在一定距离围，它会使AGV降速行驶，在更近的距离围，它会使AGV停车，而当解除障碍物后，AGV将自动恢复正常行驶状态。

障碍物接近传感器包括激光式，超声波式，红外线式等多种类型。

如日本产的红外线传感器能检测搬运车的前后方向、左右方向的障碍物，也能在二段设定慢行和停止，也即2m减速、lm停车。

发射的光频率数有4种或8种，能防止各搬运车间的相互干扰。

（3）装卸移载货物执行机构的自动安全保护装置。

AGV的主要功能是解决物料的全自动搬运，故除了其全自动运行功能外，还有移载货物的装置。

移载装置的安全保护装置包括机械和电气两大类。

如位置定位装置、位置限位装置、货物位置检测装置、货物形态检测装置、货物位置对中结构、机构自锁装置等结构。

1.5AGV的导引/导航方式

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的导引/导航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。

8.GPS（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。

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。

1.6AGV的特点

（1）AGV小车与物流系统的联接非常容易，如从站库，各种​​缓冲站，产品自动发布站；工作站产品运输信息的跟踪；是准确否交付收件地信息确认；按既定要求发布产品运输产品、收取产品：

生产线、运输路径、接受信息、库存管理系统，都可以与AGV实现实时信息互通。

（2）AGV小车的应用大大提高了生产效率，因为用于跟踪物料采集信息的工作人员大幅减少，各种物料的信息表也可以通过AGV小车直接获取统计。

所以显著地提高了生产效率。

另外，由于工作人员的减少又进一步减低了成本。

（3）AGV小车还能提高物料的安全性，因为AGV小车是无人操作，运行路线都是经过计算机精密计算的，所以运行中极少出现碰撞。

（4）采购AGV小车花费的金钱，大多数会很快得到回报。

（5）AGV小车使工厂的面积得到有效地利用。

因为AGV小车是在各个工厂中来回行走，而其运行路线中有很多空地，当小车不经过是还可以做其他用处

（6）AGV小车的可靠性高，很多台小车都是统一维修，只要将小车的系统准确编程，注重安全，那么小车在运行过程中一般不会发生事故。

（7）由于AGV小车是以蓄电池为动力源，而且小车的整个能耗少。

是节能减排的优良产品，并能有效地降低工厂噪音。

1.7AGV的生产应用

1.物品仓储行业

AGV的首次应用就是物品仓储行业。

1954年世界上第一台AGV在美国的MercuryMotorFreight公司的仓库进行运营，用来自动搬运进入仓库的货物。

从而推动者AGV小车的发展及世界仓储业是用AGV小车。

现在，世界上大约有2万台AGV小车忙碌于各种大大小小的仓库，他们为仓储业自动化，集成化发展做出了不可磨灭的贡献。

国三星于2002年投产运行的全自动化立体仓库，15台AGV组成了一个自动搬运柔性的库系统，成功地完成了每天25600的出入库货物和零部件的搬运任务。

2.制造行业

由于本身的特点及其优越性，AGV小车在制造业生产线或装配线上得到了完美发挥。

AGV小车能够快速准确、高效灵活地完成生产物品的搬运移载任务。

多台AGV小车可以联合作业用一个厂房能运输不同的产品，特别是仓储业，甚至可以完成几十种产品的运输，AGV小车大幅度降低了生产成本，并且很大程度上提高了企业的产品竞争力。

1978年德国的大众公司轿车采用AGV小车作为运输的基本工具，构成了一个柔性的装配车间，大大提高了车间的生产效率。

该装配线由多台可轿车的AGV组成，该装配线投入使用后，装配所用时间减少了25%，装配时产生的故障减小了40%，投资费用回收时间减小45%，投入劳动力减小了8%。

目前，AGV在世界的主要汽车厂，如美国通用、日本丰田、克莱斯勒、瑞典沃尔沃等汽车厂的制造和装配线上得到了广泛应用。

目前国也有多种类型的AGV用于生产领域，例如：

（1）变速箱装配型AGV用于各种类型变速箱装配线进行变速箱输送、装配的AGV产品，根据系统装配工艺要求分为平置式变速箱装配型AGV、纵翻式变速箱装配型AGV和横翻式变速箱装配型AGV。

由变速箱装配型AGV产品及周边设备构成的AGV系统分别进行变速箱装配、输送，具有分段停止、放行功能的AGV可实现在任何装配工位对变速箱进行静态装配。

导航方式采用磁导航，改变导航磁条可以适应生产工艺变更的要求。

（2）柴油机装配型AGV是新松公司根据柴油机装配的工艺要求而研发制造的。

AGV集升降、翻转、盘车功能集于一体，AGV在设计好的环形路线中依次经过各个工艺停车点（工位），操作工人按AGV上的工艺显示终端进行相应工艺容的装配工作，完成全部预定的工作容后，AGV再停靠到指定的站点由人工将柴油机吊放到测试输送线上，完成一个工作循环。

该系统柔性强，满足多型号、小批量生产要求。

近年来，在以CIMS的基础上创新制作成的搬运工具，AGV的应用已经进入到了一个相当普遍的阶段，如物流、码头、邮局、图书馆、汽车制造、电子产品、医药行业、烟草行业等等。

AGV不仅能够帮助这些行业降低成本，还能够提高这些行业在市场上的竞争力。

应用实例：

潜伏牵引式AGV小车。

潜伏牵引式AGV小车，当料车装上物料时，AGV通过其牵引装置拉动料车行走，把台车牵引到指定位置后，AGV搬运车自动和台车分离，然后钻到空台车的下面，把空的台车拖走。

潜伏牵引式AGV，体型外观小巧美观，结构紧凑，尾部的牵引装置可拖挂多个料车。

通过磁条导引读取地标指令，可以根据设定站点的停靠、加速、减速，扇形安全扫描传感器，该车型物料配送，轻巧灵活搬运，是汽车家电行业物料配送的搬运专家。

3.邮局图书馆、港口码头和机场

AGV的灵活多变性使其在邮局、码头等场合得到充分应用。

在邮局等场合运输物品多样化，运输路线经常变化，而AGV小车的A特点正好与其相符。

1983年，瑞典的第一大邮局应用了AGV小车。

1988年，AGV小车又在日本东京的许多局得到使用。

而对于我国，1990年，AGV在邮政枢纽开始使用，完成邮品的运输工作。

在荷兰最大的港口，80辆AGV每天完成从船上卸载下来的集装箱运送到几千米外的仓库这项工作。

这种重复性工作，有比较繁重，就很适合AGV小车。

4.烟草、医药、食品、化工

对于对生产环境要求较高的烟草、食品、医药等专业，AGV自动化转运系统就为其提供了一个完美的解决方案。

许多国的卷烟厂，如娇子集团，红河卷烟厂，卷烟厂都采用了AGV作为搬运载具。

5.危险场所和特种行业

在核电厂、军工企业中，在许多危险场合，有了AGV小车的稳定安全搬运，让生产与试验安全进行。

在英国的军事试验中AGV就完成了远程遥控。

极大的保护了人员的安全。

特别是对一些需要黑暗环境中作业的，人员作业就显得特别危险，而此时，AGV小车的优势就很明显。

黑暗对其没有影响，只要控制系统的程序编写准确。

那么AGV小车就可以按照路线完整完成任务。

1.8AGV的发展趋势

（1）AGV小车性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），通过功能部件标准化促使单机价格有所下调，平均单机价格从7万元降至5万元，能够让更多中小规模企业受益。

（2）AGV小车机械结构向模块化、可轻易重构的方向发展。

如动力模块中的电机、减速机、检测系统一体化，由机械模块、承载模块用重组方式架构AGV整机。

（3）AGV小车控制系统向PC机系统的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化，系统集成度提高，且采用模块化结构，提高了系统的兼容性和扩展性、易操作性和远程维修等。

（4）AGV小车的智能传感器开发，除采用传统的位置、速度、加速度等，还应用机器视觉、力反馈等等多智能传感器的融合技术来决策控制，在关联设备多传感器融合配置技术应用。

（5）虚拟现实技术在AGV小车或轮式服务机器人中的技术应用。