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1、4.1、自动导引小车（AGV） （闫敏良）4.1.1、AGV 的工作原理4.1.2、AGV 的导引方式4.1.3、AGV 的定位方法4.1.4、常规技术参数、设备厂家、价格（2013 年）增加两项，分别是使用举例和选用指南。其中使用举例以代表性例子为主，介绍选用此种工具的理由，现场的实际数据：运输的物料类型、数量、重量、运送频次、运送距离、运送路线、车间布局等；选用指南，分别给出常用的小车类型和参数，并给出宜采用的场合。4.1 自动导引小车（AGV）自动导引小车(Automated Guided Vehicle，简称 AGV)是一种以电池为动力，装有非接触式导向装置的无人驾驶自动运输车。其主要
2、功能是：在计算机控制下，通过复杂的路径将物料按一定的停位精度输送到指定的位置上。 从 20 世纪 50 年代中期， Barret 公司设计出无人驾驶卡车，也就是 AGV 的最早雏形。到 70 年代， AGV 作为生产组成部分进入了生产系统，AGV 广泛应用于汽车制造、机械、电子、钢铁、化工、医药、印刷、仓储、运输业和商业上。近年来，自动化技术呈现加速发展的趋势，国内自动化立体仓库和自动化柔性装配线进入发展与普及阶段。其中，在自动仓库与生产车间之间，各工位之间，各段输送线之间，AGV 起了无可替代的重要作用，与传统的传送辊道或传送带相比，AGV 输送路线具有施工简单、路径灵活，不占用空间、较好的
3、移动性、柔性等优点。4.1.1 AGV 的工作原理AGV 小车以可充电蓄电池为动力来源，装备电磁感应传感器，沿固定的、铺设在地板上的电流轨道进行移动，通过上位组态软件、PLC 和铺设在地面的地标信息，实施启动、停止、拐弯等动作。4.1.2 AGV 的组成AGV 由以下各部分组成：车体、蓄电池、车上充电装置、控制系统、驱动装置、转向装置、精确定位装置、移载机构、通信单元和导引系统。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
4、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。速度调节可采用脉宽调速或变频调速等方法。直线行走速度可达1m/s，转弯时为 0.20.5m/s，接近停位点时为 0.1m/s。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(见
5、图 XXX)。 图 XXX 铰轴转向式三轮车型(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(见图 XXX)。Ra图 XXX 差速转向式四轮车型(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（见图 XXX） 。 图 XXX 全轮转向式四轮车型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
6、，通过通信进行联系。 (1) 输入 AGV 的控制指令由地面( 车外)控制器发出，存入车上控制器( 计算机)；AGV 运行时，车上控制器通过通信系统从地面站接受指令并报告自己的状态。车上控制器可完成以下监控：手动控制、安全装置启动、蓄电池状态、转向极限、制动器解脱、行走灯光、驱动和转向电机控制与充电接触器的监控等。(2) 控制台与 AGV 间可采用定点光导通讯和无线局域网通讯两种通讯方式。采用无线通讯方式时，控制台和 AGV 构成无线局域通讯网，控制台和 AGV 在网络协议支持下交换信息。无线通讯要完成 AGV 的调度和交通管理。(3) 在出库站和拆箱机器人处移载站都设有红外光通讯系统，其主要
7、功能是完成移载任务的通讯。(4) AGV 充电可以采用在线自动快速充电方式。 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： (1) 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， （图 XXX） 。采用滚柱式台面的环境要求是站台必须带有动力传动辊道，AGV停靠在站台边，AGV 上的辊道和站台上的辊道对接之后同步动作，实现货物移送。升降式台面的升降台下设有液压升降机构，高度可以自由调节。为了顺利移载，AGV 必须精确停车才
8、能与站台自动交换。 图 XXX 被动装卸装置(2) 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（图 XXX）和机器人式（图 XXX）四种。 图 XXX 主动装卸装置7安全装置。 为确保 AGV 在运行过程中现场人员、各类设备及自身的安全，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
9、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，在预定距离内检测障碍物。在一定距离范围内，它会使 AGV降速行驶，在更近的距离范围内，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，也能在二段内设定慢行和停止，也即 2m
10、内减速、1m 内停车。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。4.1.3 AGV 的导引方式所谓 AGV 导引方式是指决定其运行方向和路径的方式。它不同于前面所说的一般通信。常用的导引方式分两大类：车外预定路径方式和非预定路径方式。(1) 车外预定路径导引方式是指在行驶的路径上设置导引用的信
11、息媒介物，AGV 通过检测出它的信息而得到导向的导引方式，如电磁导引、光学导引、磁带导引(又称磁性导引)等。反光带或磁带导引 1)反射式导向。如图 XXX 所示，这种引导方式是在地面上连续铺设一条用发光材料制作的带子，或者用发光涂料涂抹在规定的运行路线上，在车辆的底部装有检测反射光传感器，通过偏差测定装置到驱动转向电机来不断调整车辆前进的方向。 2)磁性式导向。是在地面上连续铺设一条金属磁带，而在车辆上装有磁性传感器，检测磁带的磁场，通过磁场偏差测定控制驱动转向电机来调整车辆行驶方向。图 XXX 反射式导向电磁感应导引 电磁感应引导是目前 AGV 采用最广泛的一种导引方式(见图 XXX)。一般
12、需要在地面开槽（约 51mm 宽，15mm 深）埋设电缆，接通低压、低频信号，在电线周围产生磁场。车上需安装有两个感应线圈，并使其分别位于此导引线的两侧。导向线中电流约为 200300mA，频率为 2kHz35kHz。 ，当高频电流流经导线时，导线周围产生电磁场，AGV 上左右对称安装有两个电磁感应器，它们所接收的电磁信号的强度差异可以反映 AGV 偏离路径的程度。AGV 的自动控制系统根据这种偏差来控制车辆的转向，连续的动态闭环控制能够保证 AGV 对设定路径的稳定自动跟踪。这种电磁感应引导式导航方法目前在绝大多数商业化的 AGVS 上使用，尤其是适用于大中型的AGV。图 XXX 电磁导引视
13、觉引导 视觉引导是在所经路径上断续地设有若干引导标志或反射板(也可是玻璃球) ，小车据此自动识别和判断路径(见图 XXX)。引导的标志除条形码外，还可用圆形、方形、箭头等图形。视觉引导式 AGV 是正在快速发展和成熟的 AGV，该种 AGV 上装有 CCD 摄像机和传感器，在车载计算机中设置有 AGV 行驶路径周围环境图像数据库。 AGV 行驶过程中，摄像机动态获取车辆周围环境图像信息并与图像数据库进行比较，从而确定当前位置并对下一步行驶做出决策。这种方式由于不要求人为设置任何物理路径，因此在理论上具有最佳的引导柔性，随着计算机图像采集、储存和处理技术的飞速发展，该种 AGV 的实用性越来越强
14、。图 XXX 视觉引导此外，还有铁磁陀螺惯性引导式 AGV、光学引导式 AGV 等多种形式的 AGV。(2) 非预定路径(自由路径)导引方式其一是指在 AGV 上储存着布局上的尺寸坐标，通过识别车体当前方位来自主地决定行驶路径的导引方式，又称车上软件一编程路径方式；其二是指激光导引。 激光引导 该种 AGV 上安装有可旋转的激光扫描器，在运行路径沿途的墙壁或支柱上安装有高反光性反射板的激光定位标志，AGV 依靠激光扫描器发射激光束，然后接受由四周定位标志反射回的激光束，车载计算机计算出车辆当前的位置以及运动的方向，通过和内置的数字地图进行对比来校正方位，从而实现自动搬运。目前，该种方式的应用越
15、来越普遍。并且依据同样的引导原理，若将激光扫描器更换为红外发射器、或超声波发射器，则激光引导式 AGV 可以变为红外引导式 AGV 和超声波引导式 AGV。图 XXX 激光导引4.1.4 AGV 的定位方法为了保证定位的精度与可靠性，必须采用合适的传感器，不同的传感器又形成了不同的定位方法。主要有基于光敏器件的定位方法，涡流传感器的定位方法、光电传感器的定位方法，传感器组合定位方法等。基于光敏器件的定位方法。这种定位方法的原理是光电效应。由光敏晶体管光照特性可知，其光电流输出与照度之间有较好的线性度。随着 AGV 与目标位置的不断靠近，其照度不断增大，光敏器件的输出随之增大，由此可以控制 AG
16、V 的定位。这种定位方法有效检测范围较长，可达到 200mm 以上，但定位精度较低，光敏器件在整个定位过程中输出变化不明显，给标定带来困难。基于电涡流传感器的定位方法。涡流传感器线性测量范围大，灵敏度高，能直接测出位移量。采用这种定位方法能够进行精确定位。电涡流传感器的主要元件为线圈，它的形状与尺寸关系到传感器的灵敏度与测量范围，定位过程中检测范围一般较长（100mm 以上），因而体积较大。线圈工作时产生的电磁场对坐标导引方法与电磁感应导引方法所用的传感器产生磁影响。基于光电传感器的方法。这种定位方法由光电对管组成。正常情况下，接收管可接收到红外信号。当 AGV 到达目的位置时，AGV 挡住红外线而促使发出控制信号。这种定位精度可达 1.5mm 以上。如果在发射管前装一细小的光隙，定位精度可提高至 0.6mm 以上。但这种定位方法在自动导引结束后至最后精确定位前无法对 AGV 进行控制。传感器组合定位方法。传感器组合定位方法由光引导与精定位两部分组成。光引导采用光敏器件进行导引，由于光敏器件的有效检测范围较长，
