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        AGV是什么

        文章出處:本站 人氣:2465 發表時間:2021-06-30 10:10:41

        AGV是(Automated Guided Vehicle)的縮寫,意即“自動導引運輸車”,是指裝備有電磁或光學等自動導引裝置,它能夠沿規定的導引路徑行駛,具有安全保護以及各種移載功能的運輸車。

        1.1   AGV的優點

        1)自動化程度高;

        由計算機,電控設備,激光反射板等控制。

        當車間某一環節需要輔料時,由工作人員向計算機終端輸入相關信息,計算機終端再將信息發送到中央控制室,由專業的技術人員向計算機發出指令,在電控設備的合作下,這一指令最終被AGV接受并執行——將輔料送至相應地點。

        2)充電自動化;

        AGV小車的電量即將耗盡時,它會向系統發出請求指令,請求充電(一般技術人員會事先設置好一個值),在系統允許后自動到充電的地方“排隊”充電。

        另外,AGV小車的電池壽命很長(10年以上),并且每充電15分鐘可工作4h左右。

        3)美觀,提高觀賞度,從而提高企業的形象。

        4)方便,減少占地面積;生產車間的AGV小車可以在各個車間穿梭往復。

        1.2   AGV發展歷史

        AGV扮演物料運輸的角色已經60多年了。第一輛AGV誕生于1953年,它是由一輛牽引式拖拉機改造而成的,帶有車兜,在一間雜貨倉庫中沿著布置在空中的導線運輸貨物。到上世紀五十年代末到六十年代初期時,已有多種類型的牽引式AGV用于工廠和倉庫。

        20世紀70年代,基本的導引技術是靠感應埋在地下的導線產生的電磁頻率。通過一個叫做“地面控制器”的設備打開或關閉導線中的頻率,從而指引AGV沿著預定的路徑行駛。

        20世紀80年代末期,無線式導引技術引入到AGV系統中,例如利用激光和慣性進行導引,這樣提高了AGV系統的靈活性和準確性,而且,當需要修改路徑時,也不必改動地面或中斷生產。這些導引方式的引入,使得導引方式更加多樣化了。

        20世紀80年代以來,自動導引運輸車(AGV)系統已經發展成為生產物流系統中最大的專業分支之一,并出現產業化發展的趨勢,成為現代化企業自動化裝備不可缺少的重要組成部分。在歐、美等發達國家,發展最為迅速,應用最為廣泛;在亞洲的日本和韓國,也得到迅猛的發展和應用,尤其是在日本,產品規格、品種、技術水平、裝備數量及自動化程度等方面較為豐富,已經達到標準化、系列化、流水線生產的程度。在我國,隨著物流系統的迅速發展,AGV的應用范圍也在不斷擴展,如何能夠開發出能夠滿足用戶各方面需求(功能、價格、質量)的AGV系統技術是未來我們必須面對的現實問題。

        綜合分析AGV技術的發展,不難分析出國內外AGV有兩種發展模式:第一種是以歐美國家為代表的全自動AGV技術,這類技術追求AGV的自動化,幾乎完全不需要人工的干預,路徑規劃和生產流程復雜多變,能夠運用在幾乎所有的搬運場合。這些AGV功能完善,技術先進;同時為了能夠采用模塊化設計,降低設計成本,提高批量生產的標準,歐美的AGV放棄了對外觀造型的追求,采用大部件組裝的形式進行生產;系列產品的覆蓋面廣:各種驅動模式,各種導引方式,各種移載機構應有盡有,系列產品的載重量可從50kg60000kg60噸)。盡管如此,由于技術和功能的限制,此類AGV的銷售價格仍然居高不下。此類產品在國內有為數不多的企業可以生產,技術水平與國際水平相當。第二種是以日本為代表的簡易型AGV技術--或只能稱其為AGCAutomated Guided Cart),該技術追求的是簡單實用,極力讓用戶在最短的時間內收回投資成本,這類AGV在日本和臺灣企業應用十分廣泛,從數量上看,日本生產的大多數AGV屬于此類產品(AGC)。該類產品完全結合簡單的生產應用場合(單一的路徑,固定的流程),AGC只是用來進行搬運,并不刻意強調AGC的自動裝卸功能,在導引方面,多數只采用簡易的磁帶導引方式。由于日本的基礎工業發達,AGC生產企業能夠為其配置上幾乎簡單得不能再簡單的功能器件,使AGC的成本幾乎降到了極限。這種AGC在日本80年代就得到了廣泛應用,20022003年達到應用的頂峰。由于該產品技術門檻較低,國內已有多家企業可生產此類產品。

        1.3   AGV現狀

        隨著物流系統的迅速發展,AGV的應用范圍也在不斷擴展,AGV系統,研究設計一種基于電磁導航的無人駕駛小車系統方案.通過實際硬件實驗,系統能夠達到預期設計要求,能夠廣泛運用于工業、軍事、交通運輸、電子等領域,具有良好的環境適應能力,很強的抗干擾能力和目標識別能力。

        1.4   AGV系統

        AGV系統的控制是通過物流上位調度系統、AGV地面控制系統及AGV車載控制系統三者之間的相互協作完成的,對該系統的理解,有一個非常恰當而通俗易懂的例子:

        假設某市有一家出租車公司,該公司管理先進,每輛出租車都裝全球定位系統(GPS),這樣在公司的監控中心就可以清楚地知道每輛車的位置及行駛路線,司機可通過無線通信隨時向公司匯報此時車輛的載客情況。

        當有客戶需要乘坐出租車時,客戶可以打電話到出租車公司的客戶中心,說明他當前所在的位置,以及要到達的目的地,這里,我們可將客戶的電話理解為來自物流調度系統的需求,出租車公司的客戶中心理解為AGV的地面控制系統,即AGV系統的上位。

        客戶中心收到客戶的電話后,可以通過無線電話與出租車司機聯系,選擇離客戶最近,又正好空閑的車輛A前往接客,就像AGV的地面控制系統進行的車輛和任務分配;在車輛A前往接客的途中,客戶中心可能又接到報告,有空閑車輛B離客戶更近,那么客戶中心將及時通知車輛B去接客戶,取消車輛A的任務,這就是AGV地面控制系統的動態車輛調度。客戶中心對出租車將要行駛道路的交通狀況也了如指掌,能夠及時通知各個司機選擇最便捷的道路行駛,該道路所需時間最短,但不一定是路程最短,因為,最近路程的道路上可能發生了交通阻塞,這就是AGV地面系統中所完成的路徑搜索和路徑分配的工作。

        AGV系統的控制過程就類似這樣一家管理先進的出租車公司,物流上位調度系統、AGV地面控制系統和AGV車載控制系統分別相當于客戶、客戶中心和出租車司機,AGV地面控制系統和各臺AGV之間通過無線通信來交換信息,調度AGV的作業,并為其選擇路徑(線),確保交通通暢。AGV是以電池為動力的,當電量不足時,會向地面控制系統發出充電請求,在得到允許后,前往充電站自動充電,在充電期間,AGV地面控制系統不會向此AGV分配任何任務,就與出租車進了加油站不再載客一樣。

        1.5   系統構成

        曾有國外專家對AGV控制系統需解決的主要問題做了恰當的比喻:Where am I? (我在哪里?)Where am I going?(我要去哪里?) How can I get there?(我怎么去?),這三個問題歸納起來分別就是AGV控制系統中的三個主要技術:AGV的導航(Navigation),AGV的路徑規劃(Layout designing),AGV的導引控制(Guidance)。為了能夠解決好這些問題,AGV系統的構成也必然復雜:

        AGV控制系統分為地面(上位)控制系統、車載(單機)控制系統及導航/導引系統,其中,地面控制系統指AGV系統的固定設備,主要負責任務分配,車輛調度,路徑(線)管理,交通管理,自動充電等功能;車載控制系統在收到上位系統的指令后,負責AGV的導航計算,導引實現,車輛行走,裝卸操作等功能;導航/導引系統為AGV單機提供系統絕對或相對位置及航向。

        AGV系統是一套復雜的控制系統,加之不同項目對系統的要求不同,更增加了

        系統的復雜性,因此,系統在軟件配置上設計了一套支持AGV項目從路徑規劃、流程設計、系統仿真(Simulation)到項目實施全過程的解決方案。上位系統提供了可靈活定義AGV系統流程的工具,可根據用戶的實際需求來規劃或修改路徑或系統流程;而上位系統也提供了可供用戶定義不同AGV功能的編程語言。

        1.6   地面控制系統

        AGV地面控制系統(Stationary System)即AGV上位控制系統,是AGV系統的核心。其主要功能是對AGV系統(AGVS)中的多臺AGV單機進行任務分配,車輛管理,交通管理,通訊管理等。

        任務管理:任務管理類似計算機操作系統的進程管理,它提供對AGV地面控制程序的解釋執行環境;提供根據任務優先級和啟動時間的調度運行;提供對任務的各種操作如啟動、停止、取消等。

        車輛管理:車輛管理是AGV管理的核心模塊,它根據物料搬運任務的請求,分配調度AGV執行任務,根據AGV行走時間最短原則,計算AGV的最短行走路徑,并控制指揮AGV的行走過程,及時下達裝卸貨和充電命令。

        交通管理:根據AGV的物理尺寸大小、運行狀態和路徑狀況,提供AGV互相自動避讓的措施,同時避免車輛互相等待的死鎖方法和出現死鎖的解除方法;AGV的交通管理主要有行走段分配和死鎖報告功能。

        通訊管理:通信管理提供AGV地面控制系統與AGV單機、地面監控系統、地面IO設備、車輛仿真系統及上位計算機的通信功能。和AGV間的通信使用無線電通信方式,需要建立一個無線網絡,AGV只和地面系統進行雙向通信,AGV間不進行通信,地面控制系統采用輪詢方式和多臺AGV通信;與地面監控系統、車輛仿真系統、上位計算機的通信使用TCP/IP通信。

        車輛驅動:小車驅動負責AGV狀態的采集,并向交通管理發出行走段的允許請求,同時把確認段下發AGV

        1.7   車載控制系統

        AGV車載控制系統(Onboard System),即AGV單機控制系統,在收到上位系統的指令后,負責AGV單機的導航,導引,路徑選擇,車輛驅動,裝卸操作等功能。

        導航(Navigation):AGV單機通過自身裝備的導航器件測量并計算出所在全局坐標中的位置和航向。

        導引(Guidance):AGV單機根據當前的位置、航向及預先設定的理論軌跡來計算下個周期的速度值和轉向角度值即,AGV運動的命令值。

        路徑選擇(Searching):AGV單機根據上位系統的指令,通過計算,預先選擇即將運行的路徑,并將結果報送上位控制系統,能否運行由上位系統根據其它AGV所在的位置統一調配。AGV單機行走的路徑是根據實際工作條件設計的,它有若干“段”(Segment)組成。每一“段”都指明了該段的起始點、終止點,以及AGV在該段的行駛速度和轉向等信息。

        車輛驅動(Driving):AGV單機根據導引(Guidance)的計算結果和路徑選擇信息,通過伺服器件控制車輛運行。

        1.8   導航導引方式

        AGV之所以能夠實現無人駕駛,導航和導引對其起到了至關重要的作用,隨著技術的發展,能夠用于AGV的導航/導引技術主要有以下幾種:

        1 直接坐標 (Cartesian Guidance

        用定位塊將AGV的行駛區域分成若干坐標小區域,通過對小區域的計數實現導引,一般有光電式(將坐標小區域以兩種顏色劃分,通過光電器件計數)和電磁式(將坐標小區域以金屬塊或磁塊劃分,通過電磁感應器件計數)兩種形式,其優點是可以實現路徑的修改,導引的可靠性好,對環境無特別要求。缺點是地面測量安裝復雜,工作量大,導引精度和定位精度較低,且無法滿足復雜路徑的要求。

        2 電磁導引(Wire Guidance

        電磁導引是較為傳統的導引方式之一,仍被許多系統采用,它是在AGV的行駛路徑上埋設金屬線,并在金屬線加載導引頻率,通過對導引頻率的識別來實現AGV的導引。其主要優點是引線隱蔽,不易污染和破損,導引原理簡單而可靠,便于控制和通訊,對聲光無干擾,制造成本較低。缺點是路徑難以更改擴展,對復雜路徑的局限性大。

        3 磁帶導引 (Magnetic Tape Guidance

        與電磁導引相近,用在路面上貼磁帶替代在地面下埋設金屬線,通過磁感應信號實現導引,其靈活性比較好,改變或擴充路徑較容易,磁帶鋪設簡單易行,但此導引方式易受環路周圍金屬物質的干擾,磁帶易受機械損傷,因此導引的可靠性受外界影響較大。

        4 光學導引(Optical Guidance

        AGV的行駛路徑上涂漆或粘貼色帶,通過對攝像機采入的色帶圖象信號進行簡單處理而實現導引,其靈活性比較好,地面路線設置簡單易行,但對色帶的污染和機械磨損十分敏感,對環境要求過高,導引可靠性較差,精度較低。

        5 激光導航(Laser Navigation

        激光導引是在AGV行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板,AGV通過激光掃描器發射激光束,同時采集由反射板反射的激光束,來確定其當前的位置和航向,并通過連續的三角幾何運算來實現AGV的導引。

        此項技術最大的優點是,AGV定位精確;地面無需其他定位設施;行駛路徑可靈活多變,能夠適合多種現場環境,它是國外許多AGV生產廠家優先采用的先進導引方式;缺點是制造成本高,對環境要求較相對苛刻(外界光線,地面要求,能見度要求等),不適合室外(尤其是易受雨、雪、霧的影響)。

        6 慣性導航 (Inertial Navigation

        慣性導航是在AGV上安裝陀螺儀,在行駛區域的地面上安裝定位塊,AGV可通過對陀螺儀偏差信號(角速率)的計算及地面定位塊信號的采集來確定自身的位置和航向,從而實現導引。

        此項技術在軍方較早運用,其主要優點是技術先進,較之有線導引,地面處理工作量小,路徑靈活性強。其缺點是制造成本較高,導引的精度和可靠性與陀螺儀的制造精度及其后續信號處理密切相關。

        7 視覺導航 (Visual Navigation

        8 GPS(全球定位系統)導航 (Global Position System

        通過衛星對非固定路面系統中的控制對象進行跟蹤和制導,此項技術還在發展和完善,通常用于室外遠距離的跟蹤和制導,其精度取決于衛星在空中的固定精度和數量,以及控制對象周圍環境等因素。

        由此發展出來的是iGPS(室內GPS)和dGPS(用于室外的差分GPS),其精度要遠遠高于民用GPS,但地面設施的制造成本是一般用戶無法接受的。

        1.9   應用領域

        1.倉儲業

          倉儲業是AGV最早應用的場所。1954年世界上首臺AGV在美國的South Carolina州的Mercury Motor Freight公司的倉庫內投入運營,用于實現出入庫貨物的自動搬運。

        2.制造業

          AGV在制造業的生產線中大顯身手,高效、準確、靈活地完成物料的搬運任務。并且可由多臺AGV組成柔性的物流搬運系統,搬運路線可以隨著生產工藝流程的調整而及時調整,使一條生產線上能夠制造出十幾種產品,大大提高了生產的柔性和企業的競爭力。

          近年來,作為CIMS的基礎搬運工具,AGV的應用深入到機械加工、家電生產、微電子制造、卷煙等多個行業,生產加工領域成為AGV應用最廣泛的領域。

        3.郵局、圖書館、港口碼頭和機場

          在郵局、圖書館、碼頭和機場等場合,物品的運送存在著作業量變化大,動態性強,作業流程經常調整,以及搬運作業過程單一等特點,AGV的并行作業、自動化、智能化和柔性化的特性能夠很好的滿足上式場合的搬運要求。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,完成郵品的搬運工作。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送到幾百碼以外的倉庫這一重復性工作。

        4.煙草、醫藥、食品、化工

          對于搬運作業有清潔、安全、無排放污染等特殊要求的煙草、醫藥、食品、化工等行業中,AGV的應用也受到重視。在國內的許多卷煙企業,如青島頤中集團、玉溪紅塔集團、紅河卷煙廠、淮陰卷煙廠都應用了激光引導式AGV完成托盤貨物的搬運工作。

        5.危險場所和特種行業

          在軍事上,以AGV的自動駕駛為基礎集成其他探測和拆卸設備,可用于戰場排雷和陣地偵察,英國軍方正在研制的MINDER Recce是一輛偵察車,具有地雷探測、銷毀及航路驗證能力的自動型偵察車。在鋼鐵廠,AGV用于爐料運送,減輕了工人的勞動強度。在核電站和利用核輻射進行保鮮儲存的場所,AGV用于物品的運送,避免了危險的輻射。在膠卷和膠片倉庫,AGV可以在黑暗的環境中,準確可靠的運送物料和半成品。[2]  行車AGV行車

        AGV行駛區域的環境進行圖象識別,實現智能行駛,這是一種具有巨大潛力的導引技術,此項技術已被少數國家的軍方采用,將其應用到AGV上還只停留在研究中,還未出現采用此類技術的實用型AGV

        可以想象,圖象識別技術與激光導引技術相結合將會AGV更加完善,如導引的精確性和可靠性,行駛的安全性,智能化的記憶識別等都將更加精確。


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