自動導向車(AGV)分類及原理

1、7自動導向車分類及其原理【摘 要】自動導向車(AGV)技術在汽車工業(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)展很關鍵?！娟P鍵詞】AGV 自動導向 分類 導向方法 原理一、AGV的組成及分類自動導向車是采用自動或者人工方式裝在貨物，按設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、柔性化和準時化的要求，與自動導向車系統(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，隨著應用領域的擴展，其種類和形

2、式變得多種多樣。AGV一般有導向系統(tǒng)、車體、蓄電池、充電裝置、驅動裝置、轉向裝置、移載裝置、控制與通信系統(tǒng)、安全裝置等組成。導向系統(tǒng)是核心部分，用來保證AGV按設定的路線自動行駛。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構，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，它是一個伺服驅動的變速控制系統(tǒng)。轉向裝置的結構有三種：鉸軸轉向式三輪車型、差速轉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AGV行走時信號燈閃爍；每個驅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，即導引方式、驅動方式和移載方式。（1）按導引方式來分：a)坐標自動導引車；b)電磁自動導引車；c)磁帶自動導引

4、車；d)光學自動導引車；e)激光自動導引車；f)慣性自動導引車；g)視覺自動導引車。（2）按驅動方式分：a)單輪驅動自動導引車；b)雙輪驅動自動導引車；c)多輪驅動自動導引車。根據(jù)驅動的方式，AGV還可能有不同的驅動方法：單輪兼轉向，差速、全方位等。（3）按移載方式（執(zhí)行機構）a)叉式自動導引車；b)牽引式自動導引車；c)搬運型自動導引車；d)裝配型自動導引車。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多種多樣，如輥道，皮帶，推挽等方式，當然也包括人工裝卸；裝配型是

5、指用AGV構成了柔性的裝配生產(chǎn)線，一般配以專用的工藝工裝。二、AGV的導向原理1.導向方式與導向方法及各自的原理導向方式按導向信息的來源可分為外導式和內導式，外導式的導向方法包括電磁導向、超聲導向、激光導向、光學導向、視覺導向；內導向包括坐標識別、慣性導向、自主導航。按導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)絡線路、視覺線路，無線式包括超聲導向、激光導向、坐標識別、慣性導向、自主導航。其中外導式是指在車輛運行路徑上設置導向信息媒體（如帶有變頻感應電磁場的導線、磁帶或者色帶等），由車上的傳感器檢測導向信息的特征（如頻率、磁場強度、光強度等），再將此信息經(jīng)過

6、處理，控制車輛沿導向路線行駛。內導式是指在車輛上預先設定運行路線坐標，在車輛運行中實時監(jiān)測車輛當前位置坐標并與預先設定值想比較，控制車輛的運行方向，即采用所謂的坐標定位原理。外導式中的超聲導向、激光導向和光學導向可以稱為標志反射法，內導式方法可以稱為參考位置設定法。在上述各種導向方法中，所采用的導向技術主要有電磁感應技術、激光檢測技術、超聲檢測技術、光發(fā)射檢測技術、圖像識別技術和坐標識別技術等。2幾種主要導向方法及其原理。（1）電磁感應引導式AGV及其原理電磁感應式引導一般是在地面上，沿預先設定的行駛路徑埋設電線，當高頻電流流經(jīng)導線時，導線周圍產(chǎn)生電磁場，AGV上左右對稱安裝有兩個電磁感應器，

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向，連續(xù)的動態(tài)閉環(huán)控制能夠保證AGV對設定路徑的穩(wěn)定自動跟蹤。這種電磁感應引導式導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。電磁導向又分為以下兩種。1） 單頻制導向。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。該方法要求設置集中控制站，并在各線路的交叉和分支處創(chuàng)設傳感標志和分支路段的通斷接口。2） 多頻制導向。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）激光引導式AGV及其原理該種AGV上安裝有可旋轉的激光掃描器，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志反射回的激光束，車載計算機計算出車輛當前的位置以及運動的方向，通過和內置的數(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的應用越來越普遍。并且依據(jù)同樣的引導原理，若將激光掃描器更換為紅外發(fā)射器、或超聲波發(fā)射器，則激光引導式AGV可以變?yōu)榧t外引導式AGV和超聲波引導式AGV。（3）光學引導式AGV及其原理。采用光學檢測技術引導AGV的運行方向，一般是在運行路徑上鋪設一條具有穩(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，調整車輛的運行方向。（4）視覺引導式AGV及其原理視覺引導式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由于不要求人為設置任何物理路徑，因此在理論上具有最佳的引導柔性，隨著計算機圖像采集、儲存和處理技術的飛速發(fā)展，該種AGV的實用性越來越強。（5）超聲檢測技術超聲檢測技術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。同時由于不需要設置反射鏡面，也降低了導向成本。但是，當運行環(huán)境的反射情況比較復雜時，應用還十分困難。（6）慣性導航技術采用陀螺儀檢測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)自動導向。（7）圖像識別技術采用圖像識別技術有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，從而確定當前位置及對繼續(xù)運行路線做出決策。這種方法不要求設置任何物理路徑，因此，在理論上是最佳的柔性導向。但實際

11、應用還存在問題，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條標識明顯的導向標線，利用CCD系統(tǒng)動態(tài)攝取標線圖像并識別出AGV相對于標線的方向和距離偏差，以控制車輛沿著設定的標線運行。（8）坐標檢測技術采用微型電子坐標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，即不能確定當前位置。因此，需要采用雙坐標傳感器進行定位，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。當車輛運行到C點時

12、，可以測出2個坐標傳感器分別相對于A、B點的角度和利用三角測量原理，由A點的坐標可以計算出C點的位置為x=ytg y=L/(tg+ctg)利用坐標傳感器可以實現(xiàn)AGV沿預先規(guī)劃的路徑運行。但是微型電子坐標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、總結語AGV通過特定的導航系統(tǒng)在固定的場地按照設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