AGV技术及其在生产中地应用

1、AGV技术及其在生产中的应用1.1 AGV的概念AGV是自动导弓I运输车(Automated Guided Vehicle )的英文缩写，通常也称为AGW、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(WMRWheeled Mobile Robot )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(Contactless Power System)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

2、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

3、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。1.2 AGV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，AGW、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

4、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、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AGW、车技术上取得革命性成功的是自动化所，他们能够实现、车车体结构设计，运行路线

5、自动化控制和导航，并且实现、车高度集成化系统化 管理。目前，他们生产的、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勺品牌单位。其产品性能好，已经达到国际先进水平，该企业的 AG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、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

6、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勺领域肯定会越来越大。1.3AG V的分类自动导引、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，、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

7、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

8、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AG讪以下各部分组成：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

9、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

10、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

11、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勺导航计算，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AGVS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

12、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一一保险杠。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

13、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笔速行驶，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、Im停车。发射的光频率数有4种或8种，能防

14、 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勺导引/导航技术主要有以下几种：1. 直接坐标(Cartesian Guida nee )用定位块将AGV勺行驶区域分成若干坐标小区域，通过对小区域的计数实

15、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(Wire Guida nee )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勺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

16、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(Mag netie Tape Guida nee )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(Optical Guida nee )在AGV勺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

17、，精度较低。5. 激光导航(Laser Navigation )激光导引是在AGV亍驶路径的周围安装位置精确的激光反射板，AGV1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勺导引。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(Inertial Navigation)惯性

18、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(Visual Navigation )对AGV亍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

19、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(Global Position System )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。1.6AG V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；

20、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 AGW、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 AGW、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AGW、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

21、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AGW、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。1.7 AGV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Mercury Motor Freight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

22、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

23、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AG

24、V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

25、、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、由E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，AGV1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。-ji咿Tl M44亠匕比匕1二码头和机场3.邮局图书馆、港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