AGV綜合技術(shù)專題講座

1、AGV綜合技術(shù)1/341、AGV應(yīng)用環(huán)境2、主流AGV導(dǎo)航技術(shù)3、主流AGV驅(qū)動技術(shù)4、主流AGV控制技術(shù)5、主流AGV通信技術(shù)6、AGV方案設(shè)計(jì)思緒2/341、AGV應(yīng)用環(huán)境AGV是自動導(dǎo)引小車（Automated Guided Vehicle）英文縮寫;是指裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)引裝置，能夠沿要求導(dǎo)引路徑行駛，含有安全保護(hù)以及各種移載功效運(yùn)輸小車；能夠經(jīng)過計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制其運(yùn)行行為并對其各種運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。伴隨自動化物流系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，各行各業(yè)對自動導(dǎo)引無人小車（AGV）需求越來越大。3/341.1 物流倉儲業(yè) 倉儲業(yè)是AGV最早應(yīng)用場所。1954年世界上首臺AGV在美國South Car

2、olina州MercuryMotorFreight企業(yè)倉庫內(nèi)投入運(yùn)行，用于實(shí)現(xiàn)出入庫貨物自動搬運(yùn)。當(dāng)前世界上約有2萬臺各種各樣AGV運(yùn)行在2100座大大小小倉庫中。海爾集團(tuán)于投產(chǎn)運(yùn)行開發(fā)區(qū)立體倉庫中，9臺AGV組成了一個柔性庫內(nèi)自動搬運(yùn)系統(tǒng)，成功地完成了天天23400出入庫貨物和零部件搬運(yùn)任務(wù)。4/341.2 制造業(yè) AGV在制造業(yè)生產(chǎn)線中大顯身手，高效、準(zhǔn)確、靈活地完成物料搬運(yùn)任務(wù)。而且可由多臺AGV組成柔性物流搬運(yùn)系統(tǒng)，搬運(yùn)路線能夠伴隨生產(chǎn)工藝流程調(diào)整而及時調(diào)整，使一條生產(chǎn)線上能夠制造出十幾個產(chǎn)品，大大提升了生產(chǎn)柔性和企業(yè)競爭力。1974年瑞典VolvoKalmar轎車裝配廠為了提升運(yùn)輸系

3、統(tǒng)靈活性，采取基于AGVS為載運(yùn)工具自動轎車裝配線，該裝配線由多臺可裝載轎車車體AGVS組成，采取該裝配線后，裝配時間降低了20%，裝配故障減小39%，投資回收時間減小57%，勞動力減小了5%。當(dāng)前，AGV在世界主要汽車廠，如通用、豐田、克萊斯勒、大眾等汽車廠制造和裝配線上得到了普遍應(yīng)用。近年來，作為CIMS基礎(chǔ)搬運(yùn)工具，AGV應(yīng)用深入到機(jī)械加工、家電生產(chǎn)、微電子制造、卷煙等多個行業(yè)，生產(chǎn)加工領(lǐng)域成為AGV應(yīng)用最廣泛領(lǐng)域。5/341.3 郵局、圖書館、港口碼頭和機(jī)場在郵局、圖書館、碼頭和機(jī)場等場所，物品運(yùn)輸存在著作業(yè)量改變大，動態(tài)性強(qiáng)，作業(yè)流程經(jīng)常調(diào)整，以及搬運(yùn)作業(yè)過程單一等特點(diǎn)，AGV并行作

4、業(yè)、自動化、智能化和柔性化特征能夠很好滿足上式場所搬運(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、中國在1990年于上海郵政樞紐開始使用AGV，完成郵品搬運(yùn)工作。在荷蘭鹿特丹港口，50輛稱為“yardtractors”AGV完成集裝箱從船邊運(yùn)輸?shù)綆装俅a以外倉庫這一重復(fù)性工作。6/341.4 煙草、醫(yī)藥、食品、化工對于搬運(yùn)作業(yè)有清潔、安全、無排放污染等特殊要求煙草、醫(yī)藥、食品、化工等行業(yè)中，AGV應(yīng)用也受到重視。在國內(nèi)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，應(yīng)用激光引導(dǎo)式AGV完成托盤貨物搬運(yùn)工作。7/341.5 危險場所和特種行業(yè)在軍事

5、上，以AGV自動駕駛為基礎(chǔ)集成其它探測和拆卸設(shè)備，可用于戰(zhàn)場排雷和陣地偵察，英國軍方正在研制MINDERRecce是一輛偵察車，含有地雷探測、銷毀及航路驗(yàn)證能力自動型偵察車。在鋼鐵廠，AGV用于爐料運(yùn)輸，減輕了工人勞動強(qiáng)度。在核電站和利用核輻射進(jìn)行保鮮儲存場所，AGV用于物品運(yùn)輸以及輻射強(qiáng)度信號檢測，防止了危險對人員輻射。在膠卷和膠片倉庫，AGV能夠在黑暗環(huán)境中，準(zhǔn)確可靠運(yùn)輸物料和半成品。8/342、主流AGV導(dǎo)航技術(shù)AGV之所以能夠?qū)崿F(xiàn)無人駕駛，導(dǎo)航和導(dǎo)引對其起到了至關(guān)主要作用，伴隨技術(shù)發(fā)展，當(dāng)前能夠用于AGV導(dǎo)航（導(dǎo)引）技術(shù)主要有以下幾個：電磁導(dǎo)航、磁帶導(dǎo)航、光學(xué)導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、激光導(dǎo)航、

6、視覺導(dǎo)航、GPS導(dǎo)引等。9/342.1 電磁導(dǎo)航電磁導(dǎo)引是較為傳統(tǒng)導(dǎo)引方式之一，當(dāng)前仍被許多系統(tǒng)采取，它是在AGV行駛路徑上埋設(shè)金屬線，并在金屬線加載導(dǎo)引頻率，經(jīng)過對導(dǎo)引頻率識別來實(shí)現(xiàn)AGV導(dǎo)引。電磁導(dǎo)引主要優(yōu)點(diǎn)是引線隱蔽，不易污染和破損，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。10/342.1.1 電磁導(dǎo)航原理1. 電磁感應(yīng)傳感器主要是由兩個感應(yīng)線圈組成，可同時采入導(dǎo)引線感應(yīng)信號。2. 經(jīng)過比較兩個線圈中信號強(qiáng)弱便能得到電磁感應(yīng)傳感器偏移量，經(jīng)過一定導(dǎo)引計(jì)算后就可實(shí)現(xiàn)AGV電磁導(dǎo)引。11/342.2 磁帶導(dǎo)航磁帶導(dǎo)引技術(shù)與電磁導(dǎo)引相近，用在路面上貼磁帶替換在地面下埋設(shè)

7、金屬線，經(jīng)過磁感應(yīng)信號實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引。磁帶導(dǎo)引靈活性比很好，改變或擴(kuò)充路徑較輕易，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)干擾，因?yàn)榇艓饴?，易被污染對機(jī)械損傷極為敏感，所以導(dǎo)引可靠性受外界原因影響較大。適合于環(huán)境條件很好，地面無金屬物質(zhì)干擾場所，或者將磁帶上表面敷設(shè)環(huán)氧地坪以做保護(hù)。12/342.3 光學(xué)導(dǎo)航光學(xué)導(dǎo)引技術(shù) 是在AGV行駛路徑上涂漆或粘貼色帶，經(jīng)過對攝像機(jī)采入色帶圖象信號進(jìn)行簡單處理而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。光學(xué)導(dǎo)航其靈活性比很好，地面路線設(shè)置簡單易行，但對色帶污染和機(jī)械磨損十分敏感，對環(huán)境要求過高，導(dǎo)航可靠性較差，且極難實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。13/342.4 慣性導(dǎo)航慣性導(dǎo)引技術(shù) 是在AGV

8、上安裝陀螺儀，在行駛區(qū)域地面上安裝定位塊，AGV可經(jīng)過對陀螺儀偏差信號與行走距離編碼器信號綜累計(jì)算及地面定位塊信號采集來確定本身位置和方向，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。此項(xiàng)技術(shù)在航天和軍事上較早利用，其主要優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)先進(jìn)，定位準(zhǔn)確性高，靈活性強(qiáng)，便于組合和兼容，適用領(lǐng)域廣，已被眾多AGV生產(chǎn)廠家采取。14/342.5 激光導(dǎo)航激光導(dǎo)引是在AGV行駛路徑周圍安裝位置準(zhǔn)確激光反射板，AGV經(jīng)過發(fā)射激光束，同時采集由反射板反射激光束，來確定其當(dāng)前位置和方向，并經(jīng)過連續(xù)三角幾何運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)AGV導(dǎo)引。此項(xiàng)技術(shù)最大優(yōu)點(diǎn)是，AGV定位準(zhǔn)確；地面無需其它定位設(shè)施；行駛路徑可靈活多變，能夠適合各種現(xiàn)場環(huán)境，它是當(dāng)前國外許多A

9、GV生產(chǎn)廠家優(yōu)先采取先進(jìn)導(dǎo)引方式。15/34(X1 , Y1)132(X2 , Y2)(X3 , Y3)(X4 , Y4)1AGV初始位置計(jì)算 AGV小車停頓不動； 激光掃描器最少可測得4條光束，即最少“看到”4塊反射板； 已知全部反射板準(zhǔn)確位置（X，Y）；2AGV連續(xù)位置計(jì)算 依據(jù)運(yùn)動模型估算小車當(dāng)前位置依據(jù)估算新位置關(guān)聯(lián)反射板 依據(jù)關(guān)聯(lián)反射板修正本身位置，據(jù)此修正AGV下一步動作。2.5.1 激光導(dǎo)航原理16/342.6 視覺導(dǎo)航視覺導(dǎo)引是基于視覺QR碼定位技術(shù):對于二維碼子系統(tǒng)，其中存放該二維碼正正確地面坐標(biāo)信息。AGV經(jīng)過本身高分辨率長焦攝像頭對二維碼進(jìn)行讀取和識別，同時經(jīng)過二維碼圖像

10、在攝像頭坐標(biāo)中旋轉(zhuǎn)情況，與電子羅盤數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，能夠確定AGV準(zhǔn)確朝向。綜合二維碼編碼信息和其在圖像中位置信息，能夠?qū)GV小車進(jìn)行完整定位。此項(xiàng)技術(shù)最大優(yōu)點(diǎn)是，AGV定位準(zhǔn)確，地面只需安裝二維碼標(biāo)貼；成本較高。17/343、主流AGV驅(qū)動技術(shù)3.1 單驅(qū)動 用于三輪車型：一個驅(qū)動兼轉(zhuǎn)向輪，兩個固定從動輪（分布在車體軸線兩邊）。這種車型能夠前進(jìn)、后退、左右轉(zhuǎn)彎（轉(zhuǎn)角小于90）。因三輪結(jié)構(gòu)抓地性好，對地表面要求普通，適合用于廣泛環(huán)境和場所。18/343.2 差速驅(qū)動常見有三輪和四輪兩種車型：兩個固定驅(qū)動輪（分布在車體軸線兩邊），一個（三輪車型）或兩個（四輪車型）從動自由輪，轉(zhuǎn)彎靠兩個驅(qū)動輪之間速

11、度差實(shí)現(xiàn)。這種車型能夠前進(jìn)、后退、左右轉(zhuǎn)彎（轉(zhuǎn)角大于90）、原地自旋，轉(zhuǎn)彎適應(yīng)性比單驅(qū)動強(qiáng)。若是三輪車型，對地表面適用性和單驅(qū)動類似。若是四輪車型，因輕易造成其中某一個輪懸空而影響導(dǎo)航，故對地表面平整度要求苛刻，適用范圍受到一定限制。19/343.3 雙舵輪驅(qū)動雙舵輪驅(qū)動屬于全方位驅(qū)動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，兩個車輪都既裝有驅(qū)動電機(jī)又裝有轉(zhuǎn)向電機(jī)及其動力傳動裝置，此車輪被稱為可操舵驅(qū)動輪 ，如上圖所表示，它兼有方位驅(qū)動和回轉(zhuǎn)驅(qū)動，兩輪與車架經(jīng)過承重回轉(zhuǎn)支承（能夠是承重軸承）活連接，其它車輪為隨動輪，起承重作用。市場上合裝AGV上大多采取該結(jié)構(gòu)形式。20/343.4 雙差速驅(qū)動雙差速驅(qū)動轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)屬于全方位驅(qū)動

12、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，也就是有兩組差速驅(qū)動轉(zhuǎn)向裝置，每組經(jīng)過承重回轉(zhuǎn)支承（能夠經(jīng)過軸承實(shí)現(xiàn)）與車體相連，每個車輪裝備一個驅(qū)動電機(jī)，其它為隨動輪，起承重平衡作用，如上圖所表示。對于這種結(jié)構(gòu)，因?yàn)榭刂破鞑豢赡芡耆珳?zhǔn)確，車輛在運(yùn)動過程中會產(chǎn)生車輪滑移、震動、有“咔咔”聲，Johann Borenstein 等又提出柔順性連接（compliant-linkage） ，車輪組與車體經(jīng)過一個滑動副連接，這么就增加一個自由度，處理了車輪滑移震動問題 。21/343.5 麥克納姆輪驅(qū)動麥克納姆輪是瑞典麥克納姆企業(yè)專利。它突破傳統(tǒng)輪系特征即只能向前或向后運(yùn)動，基于全方位轉(zhuǎn)向原理能夠使車輛在平面以任意角度運(yùn)動。它之所以能夠?qū)?/p>

13、現(xiàn)此運(yùn)動起關(guān)鍵作用是其結(jié)構(gòu)上改進(jìn) 。麥克納姆輪在車輪輪轂外緣按一定 45方向均勻分布多個被動輥?zhàn)?，輥?zhàn)幽妇€很特殊，當(dāng)輪子繞著固定輪心軸轉(zhuǎn)動時，各個輥?zhàn)影j(luò)線為圓柱面，所以該輪能夠連續(xù)平穩(wěn)地向前滾動。考慮單個車輪作為整體其運(yùn)動速度與車輪縱向平面呈一定角度，因?yàn)槊總€車輪都有這個特點(diǎn)，那么經(jīng)過適當(dāng)組合，包含車輪輪速和旋轉(zhuǎn)方向，就能夠?qū)崿F(xiàn)車體全方位移動和原地轉(zhuǎn)向運(yùn)動。22/343.5 麥克納姆輪AGV23/344、主流AGV控制技術(shù)4.1 AGV控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)24/344.1.1 電磁導(dǎo)引AGV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)25/344.1.2 磁帶導(dǎo)引AGV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)26/344.1.3 慣性導(dǎo)引AGV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)27/344.

14、1.4 激光導(dǎo)引AGV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)28/344.2 上位控制系統(tǒng)硬件配置打印設(shè)備監(jiān)控計(jì)算機(jī)BUS自動充電裝置無線數(shù)字通訊主控計(jì)算機(jī)I/O通訊接口其它外部設(shè)備29/344.3 上位系統(tǒng)開發(fā)平臺軟件模塊路徑規(guī)劃設(shè)計(jì)段表點(diǎn)表操作代碼交通管理導(dǎo)引方式移載方式環(huán)境條件導(dǎo)引方式移載方式任務(wù)條件應(yīng)用程序設(shè)計(jì)上位系統(tǒng)運(yùn)行平臺30/344.4 上位系統(tǒng)運(yùn)行平臺軟件模塊結(jié)構(gòu)31/344.5 車載控制系統(tǒng)硬件配置32/345、主流AGV通信技術(shù)（1）有線通訊 可利用導(dǎo)引線實(shí)現(xiàn)載波通訊，布線隱蔽，不易污損。主要用于電磁導(dǎo)引、簡單路徑和區(qū)域不大場所。（2）紅外光通訊 沒有頻率許可問題，通訊速度高，輕易控制，通訊區(qū)須在清楚可見范圍，需要機(jī)械防護(hù)，對灰塵敏感，受其它光源及相同波長紅外線干擾。適合用于簡單路徑、沒有遮擋和區(qū)域不大場所。多用于電磁導(dǎo)引、磁帶導(dǎo)引、光學(xué)導(dǎo)引AGV。（3）無線電通訊 良好空間覆蓋范圍，對普通遮擋干擾不敏感；安裝簡單，輕易保護(hù)；室外效果更加好。缺點(diǎn)是使用頻率須許可，同一個系統(tǒng)內(nèi)全部A