自動導(dǎo)向車(AGV)分類及原理

1、7自動導(dǎo)向車分類及其原理【摘 要】自動導(dǎo)向車(AGV)技術(shù)在汽車工業(yè)上有著廣泛的用途，它是機電一體化的典型代表，其應(yīng)用能提高汽車總裝程序的自動化程度與生產(chǎn)效率。因此，明確AGV的原理以及分類對AGV的使用、保護、維修、優(yōu)化、發(fā)展很關(guān)鍵?！娟P(guān)鍵詞】AGV 自動導(dǎo)向 分類 導(dǎo)向方法 原理一、AGV的組成及分類自動導(dǎo)向車是采用自動或者人工方式裝在貨物，按設(shè)定的路線自動行駛或者牽引著載貨臺車至指定地點，再用自動或者人工方式裝卸貨物的工業(yè)車輛。AGV只有按無聊搬運作業(yè)自動化、柔性化和準(zhǔn)時化的要求，與自動導(dǎo)向車系統(tǒng)才能真正發(fā)揮作用。1.組成AGV從發(fā)明至今已經(jīng)有50年的歷史，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴展，其種類和形

2、式變得多種多樣。AGV一般有導(dǎo)向系統(tǒng)、車體、蓄電池、充電裝置、驅(qū)動裝置、轉(zhuǎn)向裝置、移載裝置、控制與通信系統(tǒng)、安全裝置等組成。導(dǎo)向系統(tǒng)是核心部分，用來保證AGV按設(shè)定的路線自動行駛。車體由車架、減速器、電動機、車輪等組成，車架常采用焊接鋼結(jié)構(gòu)，要求有足夠的韌性。蓄電池常用24V或者48V直流工業(yè)蓄電池，供電周期為20h左右。驅(qū)動裝置由車輪、減速器、制動器、電動機及速度控制器等部分組成，并由計算機或者人工進行控制，它是一個伺服驅(qū)動的變速控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)有三種：鉸軸轉(zhuǎn)向式三輪車型、差速轉(zhuǎn)向式四輪車型和全向輪式四輪車型。移載裝置用來裝卸貨物，以裝在方式分為被動裝載卸和主動裝卸?？刂婆c通信系統(tǒng)包

3、括車上控制器和地面控制器，均采用微型計算機，通過通信網(wǎng)絡(luò)進行聯(lián)系。AGV的安全裝載包括多級硬件和軟件。例如，在AGV地前面設(shè)有紅外光非接觸式防碰傳感器和接觸式傳感器保險杠；AGV的前后有黃色警示信號等，當(dāng)AGV行走時信號燈閃爍；每個驅(qū)動輪帶有安全制動器，斷電時制動器自動接上；小車每一面都有急停按鈕和富有傳感器的安全保險杠，當(dāng)小車輕微接觸障礙物時，保險杠受壓，小車停止；一旦停止，AGV自動競選圣光報警，同時通過無線通信系統(tǒng)通知AGV監(jiān)控系統(tǒng)。2.AGV的分類AGV一般可按3種方式來分類，即導(dǎo)引方式、驅(qū)動方式和移載方式。（1）按導(dǎo)引方式來分：a)坐標(biāo)自動導(dǎo)引車；b)電磁自動導(dǎo)引車；c)磁帶自動導(dǎo)引

4、車；d)光學(xué)自動導(dǎo)引車；e)激光自動導(dǎo)引車；f)慣性自動導(dǎo)引車；g)視覺自動導(dǎo)引車。（2）按驅(qū)動方式分：a)單輪驅(qū)動自動導(dǎo)引車；b)雙輪驅(qū)動自動導(dǎo)引車；c)多輪驅(qū)動自動導(dǎo)引車。根據(jù)驅(qū)動的方式，AGV還可能有不同的驅(qū)動方法：單輪兼轉(zhuǎn)向，差速、全方位等。（3）按移載方式（執(zhí)行機構(gòu)）a)叉式自動導(dǎo)引車；b)牽引式自動導(dǎo)引車；c)搬運型自動導(dǎo)引車；d)裝配型自動導(dǎo)引車。這里的移載方式分類都是大類，比如說，叉式就會有落地叉式，平衡叉式等；牽引式是指不承載或不完全承載搬運對象重量的AGV；搬運型AGV完全承載搬運對象的重量，可能采用的移載機構(gòu)多種多樣，如輥道，皮帶，推挽等方式，當(dāng)然也包括人工裝卸；裝配型是

5、指用AGV構(gòu)成了柔性的裝配生產(chǎn)線，一般配以專用的工藝工裝。二、AGV的導(dǎo)向原理1.導(dǎo)向方式與導(dǎo)向方法及各自的原理導(dǎo)向方式按導(dǎo)向信息的來源可分為外導(dǎo)式和內(nèi)導(dǎo)式，外導(dǎo)式的導(dǎo)向方法包括電磁導(dǎo)向、超聲導(dǎo)向、激光導(dǎo)向、光學(xué)導(dǎo)向、視覺導(dǎo)向；內(nèi)導(dǎo)向包括坐標(biāo)識別、慣性導(dǎo)向、自主導(dǎo)航。按導(dǎo)向線路的形式可以分為有線式和無線式，有線式包括電磁線路、磁帶線路、色帶線路、網(wǎng)絡(luò)線路、視覺線路，無線式包括超聲導(dǎo)向、激光導(dǎo)向、坐標(biāo)識別、慣性導(dǎo)向、自主導(dǎo)航。其中外導(dǎo)式是指在車輛運行路徑上設(shè)置導(dǎo)向信息媒體（如帶有變頻感應(yīng)電磁場的導(dǎo)線、磁帶或者色帶等），由車上的傳感器檢測導(dǎo)向信息的特征（如頻率、磁場強度、光強度等），再將此信息經(jīng)過

6、處理，控制車輛沿導(dǎo)向路線行駛。內(nèi)導(dǎo)式是指在車輛上預(yù)先設(shè)定運行路線坐標(biāo)，在車輛運行中實時監(jiān)測車輛當(dāng)前位置坐標(biāo)并與預(yù)先設(shè)定值想比較，控制車輛的運行方向，即采用所謂的坐標(biāo)定位原理。外導(dǎo)式中的超聲導(dǎo)向、激光導(dǎo)向和光學(xué)導(dǎo)向可以稱為標(biāo)志反射法，內(nèi)導(dǎo)式方法可以稱為參考位置設(shè)定法。在上述各種導(dǎo)向方法中，所采用的導(dǎo)向技術(shù)主要有電磁感應(yīng)技術(shù)、激光檢測技術(shù)、超聲檢測技術(shù)、光發(fā)射檢測技術(shù)、圖像識別技術(shù)和坐標(biāo)識別技術(shù)等。2幾種主要導(dǎo)向方法及其原理。（1）電磁感應(yīng)引導(dǎo)式AGV及其原理電磁感應(yīng)式引導(dǎo)一般是在地面上，沿預(yù)先設(shè)定的行駛路徑埋設(shè)電線，當(dāng)高頻電流流經(jīng)導(dǎo)線時，導(dǎo)線周圍產(chǎn)生電磁場，AGV上左右對稱安裝有兩個電磁感應(yīng)器，

7、它們所接收的電磁信號的強度差異可以反映AGV偏離路徑的程度。AGV的自動控制系統(tǒng)根據(jù)這種偏差來控制車輛的轉(zhuǎn)向，連續(xù)的動態(tài)閉環(huán)控制能夠保證AGV對設(shè)定路徑的穩(wěn)定自動跟蹤。這種電磁感應(yīng)引導(dǎo)式導(dǎo)航方法目前在絕大多數(shù)商業(yè)化的AGVS上使用，尤其是適用于大中型的AGV。電磁導(dǎo)向又分為以下兩種。1） 單頻制導(dǎo)向。它是指在整個線路上通以單頻率電流，通過通斷電流信號控制運行。該方法要求設(shè)置集中控制站，并在各線路的交叉和分支處創(chuàng)設(shè)傳感標(biāo)志和分支路段的通斷接口。2） 多頻制導(dǎo)向。它是指在每個換線或分支路線上通以不同頻率的電磁信號，AGV接收到相應(yīng)頻率的電磁信號時才能運行。該方法可靠性高，但是對地面的平整度要求高，

8、改變運行路徑困難。（2）激光引導(dǎo)式AGV及其原理該種AGV上安裝有可旋轉(zhuǎn)的激光掃描器，在運行路徑沿途的墻壁或支柱上安裝有高反光性反射板的激光定位標(biāo)志，AGV依靠激光掃描器發(fā)射激光束，然后接受由四周定位標(biāo)志反射回的激光束，車載計算機計算出車輛當(dāng)前的位置以及運動的方向，通過和內(nèi)置的數(shù)字地圖進行對比來校正方位，從而實現(xiàn)自動搬運。目前，該種AGV的應(yīng)用越來越普遍。并且依據(jù)同樣的引導(dǎo)原理，若將激光掃描器更換為紅外發(fā)射器、或超聲波發(fā)射器，則激光引導(dǎo)式AGV可以變?yōu)榧t外引導(dǎo)式AGV和超聲波引導(dǎo)式AGV。（3）光學(xué)引導(dǎo)式AGV及其原理。采用光學(xué)檢測技術(shù)引導(dǎo)AGV的運行方向，一般是在運行路徑上鋪設(shè)一條具有穩(wěn)定反

9、光率的色帶。車上沒有光源發(fā)射和接受反射光的光電傳感器，通過對檢測到得信號進行比較，調(diào)整車輛的運行方向。（4）視覺引導(dǎo)式AGV及其原理視覺引導(dǎo)式AGV是正在快速發(fā)展和成熟的AGV，該種AGV上裝有CCD攝像機和傳感器，在車載計算機中設(shè)置有AGV欲行駛路徑周圍環(huán)境圖像數(shù)據(jù)庫。AGV行駛過程中，攝像機動態(tài)獲取車輛周圍環(huán)境圖像信息并與圖像數(shù)據(jù)庫進行比較，從而確定當(dāng)前位置并對下一步行駛做出決策。這種AGV由于不要求人為設(shè)置任何物理路徑，因此在理論上具有最佳的引導(dǎo)柔性，隨著計算機圖像采集、儲存和處理技術(shù)的飛速發(fā)展，該種AGV的實用性越來越強。（5）超聲檢測技術(shù)超聲檢測技術(shù)是利用墻面或類似物體對超聲波的反射

10、信號進行定位導(dǎo)向，因而在特定的環(huán)境下可以提高路徑的柔性。同時由于不需要設(shè)置反射鏡面，也降低了導(dǎo)向成本。但是，當(dāng)運行環(huán)境的反射情況比較復(fù)雜時，應(yīng)用還十分困難。（6）慣性導(dǎo)航技術(shù)采用陀螺儀檢測AGV的方位角并根據(jù)從某一參考點出發(fā)所測定的行駛距離來確定當(dāng)前位置，通過與已知的地圖路線進行比較來控制AGV的運動方向和距離，從而實現(xiàn)自動導(dǎo)向。（7）圖像識別技術(shù)采用圖像識別技術(shù)有2種方法，其一就是利用CCD系統(tǒng)動態(tài)攝取運行路徑周圍環(huán)境圖像信息，并與擬定的運行路徑周圍環(huán)境圖像數(shù)據(jù)庫中的信息進行比較，從而確定當(dāng)前位置及對繼續(xù)運行路線做出決策。這種方法不要求設(shè)置任何物理路徑，因此，在理論上是最佳的柔性導(dǎo)向。但實際

11、應(yīng)用還存在問題，主要是實時性差和運行路徑周圍環(huán)境信息庫的建立困難。其二就是標(biāo)識線圖像識別方法，它是在AGV運行所經(jīng)過的地面上畫1條標(biāo)識明顯的導(dǎo)向標(biāo)線，利用CCD系統(tǒng)動態(tài)攝取標(biāo)線圖像并識別出AGV相對于標(biāo)線的方向和距離偏差，以控制車輛沿著設(shè)定的標(biāo)線運行。（8）坐標(biāo)檢測技術(shù)采用微型電子坐標(biāo)傳感器通過對電磁場的測量可以確定傳感器相對于起始點的2個轉(zhuǎn)角，即橫擺角和俯仰角。由于1個傳感器只能測量出相對于起始點的方位角，不能給出車輛運行距離，即不能確定當(dāng)前位置。因此，需要采用雙坐標(biāo)傳感器進行定位，其原理見圖4。測量時，首先確定2個已知距離為L的參考點A和B，為便于計算，以其中1點為起點。當(dāng)車輛運行到C點時

12、，可以測出2個坐標(biāo)傳感器分別相對于A、B點的角度和利用三角測量原理，由A點的坐標(biāo)可以計算出C點的位置為x=ytg y=L/(tg+ctg)利用坐標(biāo)傳感器可以實現(xiàn)AGV沿預(yù)先規(guī)劃的路徑運行。但是微型電子坐標(biāo)傳感器受電磁場的干擾較大。因此，遠距離運行時的定位精度較低。三、總結(jié)語AGV通過特定的導(dǎo)航系統(tǒng)在固定的場地按照設(shè)置的路線完成貨物的搬運。并且可以憑借四周所配備的傳感器，確定貨物或障礙物的位置，從而保證運輸過程中的安全性。它在現(xiàn)代制造車間中具有廣泛的應(yīng)用前景。AGV與計算機控制的全自動化生產(chǎn)裝配系統(tǒng)有機地連接，可降低制造成本,提高作業(yè)安全性，提高勞動生產(chǎn)效率，并且節(jié)約能源保護環(huán)境。促進了企業(yè)的技術(shù)進步同時也降低了物料運輸成本，有效地解放了勞動生產(chǎn)力，減輕了勞動強度，提高了企業(yè)的安全性，降低了企業(yè)事故的發(fā)生率。AGV在現(xiàn)代制造車間