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(4)激光導(dǎo)引
該導(dǎo)引方式的基本工作原理為:在
AGV行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板,安裝在AGV上的激光定位裝置發(fā)射激光束并且采集由不同角度的反射板反射回來的信號,根據(jù)三角幾何運算來確定其當(dāng)前的位置和方向,實現(xiàn)AGV的導(dǎo)引。 目前,激光導(dǎo)引技術(shù)比較成熟,應(yīng)用也較為廣泛。
該導(dǎo)引方式的主要優(yōu)點為定位精確,能適應(yīng)復(fù)雜的路徑條件及工作環(huán)境,能快速變更行駛路徑和修改運行參數(shù);主要缺點則為激光定位裝置成本較高。
(5)視覺導(dǎo)引
該導(dǎo)引方式的基本工作原理為:在AGV上安裝CCD攝像機,AGV在行駛過程中通過視覺傳感器采集圖像信息,并通過對圖像信息的處理確定AGV的當(dāng)前位置(識別給定路標(biāo))。
視覺導(dǎo)引方式具有路線設(shè)置靈活、適用范圍廣、成本低等優(yōu)點,也是AGV導(dǎo)引方式未來的發(fā)展方向。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展及快速圖像處理關(guān)鍵技術(shù)的突破,視覺導(dǎo)引技術(shù)將成為最具應(yīng)用前景的AGV導(dǎo)引技術(shù)。
?。?)慣性導(dǎo)引
慣性導(dǎo)引方式的基本工作原理為:在AGV上安裝陀螺儀,在行駛區(qū)域的地面上安裝定位塊,AGV通過對陀螺儀偏差信號的計算及地面定位塊信號的采集來確定自身的位置和方向,從而實現(xiàn)AGV的自動導(dǎo)引。
慣性導(dǎo)引技術(shù)是AGV領(lǐng)域一項新興的導(dǎo)引技術(shù),其主要優(yōu)點是技術(shù)先進(jìn)、定位精度高、靈活性強。隨著慣性敏感元件的發(fā)展,成本的降低,慣性導(dǎo)引技術(shù)也將成為最具有應(yīng)用前景的AGV導(dǎo)引技術(shù)。
?。?)復(fù)合導(dǎo)引
由于每一種導(dǎo)引方式均有其局限性,為了滿足需要,可以將上述導(dǎo)引方式結(jié)合使用,兩種導(dǎo)引方式可以實現(xiàn)無縫對接,比如由激光導(dǎo)引和磁導(dǎo)引構(gòu)成的復(fù)合導(dǎo)引方式,在國內(nèi)已經(jīng)得到應(yīng)用。
AGV運動控制系統(tǒng)
AGV作為移動機器人的一個分支,其驅(qū)動方式主要包括單舵輪驅(qū)動、差速驅(qū)動、雙舵輪驅(qū)動及多舵輪驅(qū)動等四種方式。多舵輪驅(qū)動一般用于載重10t以上的重載AGV。
單舵輪驅(qū)動用于三輪車型:一個舵輪,兩個固定從動輪(分布在車體軸線的兩邊)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是用途較廣,對地表面要求不高,而缺點則是結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜,轉(zhuǎn)彎時(尤其是進(jìn)行高速轉(zhuǎn)彎時)穩(wěn)定性較差。
差速驅(qū)動用于三輪或四輪車型:兩個固定驅(qū)動輪(分布在車體軸線的兩邊),一個(三輪車型)或兩個(四輪車型)從動自由輪,靠兩個驅(qū)動輪之間的差速驅(qū)動實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。與單驅(qū)動方式相比,采用差速驅(qū)動方式可以使AGV的結(jié)構(gòu)更加簡單,但對電機驅(qū)動總成的控制性能和基于外部傳感器消除誤差的能力要求較高,否則難以保證AGV沿給定路徑運行。同樣,采用差速驅(qū)動的三輪車型進(jìn)行轉(zhuǎn)彎時穩(wěn)定性較差,而四輪車型對地表面平整度要求較高。
雙舵輪驅(qū)動用于四輪車型:兩個舵輪,兩個從動自由輪。這種車型的突出優(yōu)點是可以實現(xiàn)全方位(萬向)行駛,特別適合狹窄通道或?qū)ψ鳂I(yè)方向有特別要求的環(huán)境和場合,而缺點則是AGV的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜,對地表面的平整度有較高要求。
多驅(qū)動用于多輪車型:多舵輪驅(qū)動是指4個以上的舵輪,一般都用于載重10t以上的重載AGV,運動模型比較復(fù)雜。
電機驅(qū)動總成
AGV的電機驅(qū)動總成由伺服電機和減速機構(gòu)組成,用于AGV本體驅(qū)動以及裝卸載機構(gòu)的驅(qū)動,是AGV的核心部件,對AGV的成本和性能影響很大。目前國內(nèi)電機驅(qū)動總成與國外相比仍有較大差距,國產(chǎn)AGV產(chǎn)品大多采用進(jìn)口電機驅(qū)動總成及驅(qū)動器產(chǎn)品,成本很高。
目前在國外,以低壓交流電機為核心的交流電機驅(qū)動總成因其效率高、維護(hù)成本低,被廣泛用于重載AGV驅(qū)動系統(tǒng)中。國外AGV產(chǎn)品供應(yīng)商競相推出了性能更佳的交流電機驅(qū)動的AGV,將新型交流電機驅(qū)動的AGV作為參與全球市場競爭的制勝砝碼。以豐富自己的產(chǎn)品,滿足用戶需求,贏得市場份額。
目前國內(nèi)AGV生產(chǎn)企業(yè)主要采用的還是直流驅(qū)動技術(shù),而直流驅(qū)動系統(tǒng)中直流電機的最大弊端是噪音過大、電刷打火、轉(zhuǎn)子污染、電機溫度過高,相對于直流驅(qū)動電機,交流電機比直流電機有更高的效率,交流電機的密封性比直流電機的要好很多,防護(hù)等級高很多,尤其不需要定期更換電刷,給使用者帶來了很多便利。我國低壓交流驅(qū)動控制技術(shù)在AGV中的應(yīng)用才剛剛起步,市場前景將十分廣闊。所以發(fā)展交流電機驅(qū)動AGV(特別是重載AGV),勢在必行。
AGV能源系統(tǒng)
AGV能源系統(tǒng)是AGV系統(tǒng)的關(guān)鍵系統(tǒng)之一,它包括:
電池智能充電管理系統(tǒng)、智能
充電機、電池電量檢測和電池。
在一些應(yīng)用場合,如AGV行駛路徑為固定路徑,可用非接觸感應(yīng)供電取代電池供電,非接觸感應(yīng)供電方式由車載控制器通過耦合取電板從地下敷設(shè)的高頻恒流線路上獲取電能,經(jīng)車載AC-DC轉(zhuǎn)換后供給車載元件,從而實現(xiàn)了AGV在運動中非接觸感應(yīng)供電,代替了傳統(tǒng)AGV的電池供電系統(tǒng)。主要有以下四個特點:
1.解決了電池供電的容量限制問題,能夠解決物流搬運對電能的連續(xù)需求問題,保證了AGV供電的持續(xù)性和可靠性。
2.避免了電池充電所帶來的時間浪費,可實現(xiàn)100%的免維護(hù),提高了生產(chǎn)效率。
3.減少了由于使用電池供電所造成的諸多環(huán)保問題,并可工作于對環(huán)境要求非常苛刻的無塵潔凈環(huán)境或惡劣潮濕的工作環(huán)境中。
4.以設(shè)備使用5年以上時間計算,非接觸感應(yīng)供電系統(tǒng)相比采用電池供電系統(tǒng)投資及使用成本更低。
但目前國內(nèi)常用的還是電池供電方式,非接觸感應(yīng)供電方式在國外汽車等制造行業(yè)已經(jīng)得到批量使用,國內(nèi)近1-2年在需要AGV連續(xù)作業(yè)的場合也有了一些應(yīng)用,但都是采用國外的一些產(chǎn)品及技術(shù),國內(nèi)針對此項技術(shù)的研究還局限于一些大中院校,還沒有成熟的產(chǎn)品。
AGV無線通信系統(tǒng)
AGV系統(tǒng)中有多臺AGV同時工作,為了指揮各臺AGV按照AGV管理系統(tǒng)所接受的任務(wù)協(xié)調(diào)地工作,(即對AGV指派任務(wù)、進(jìn)行交通管理等),所有的AGV以及系統(tǒng)中的其它
自動化物流設(shè)備均由AGV管理監(jiān)控計算機進(jìn)行統(tǒng)一控制。AGV需要將當(dāng)前的狀態(tài)報告給AGV管理監(jiān)控計算機,與AGV之間的數(shù)據(jù)交換需要通過通信系統(tǒng)來完成,有固定運行線路的AGV可以通過在運行線路上埋設(shè)的導(dǎo)線進(jìn)行感應(yīng)通信,而全方位運行的AGV由于沒有固定的運行線路,所以一般是使用無線通信方式與主機交換數(shù)據(jù),當(dāng)車間中干擾源較多時,通信系統(tǒng)必須有較高的可靠性,否則會引發(fā)AGV系統(tǒng)的誤動作。目前國內(nèi)外AGV無線通信系統(tǒng)大多采用無線以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議802.11b/g的通用無線系統(tǒng)。無線通信系統(tǒng)技術(shù)的提升和硬件成本的降低可以促進(jìn)AGV的發(fā)展。
AGV在各行業(yè)的應(yīng)用
自20世紀(jì)90年代末 AGV在我國煙草、汽車等行業(yè)開始應(yīng)用以來,目前已經(jīng)在工程機器、醫(yī)藥、電力、家電、化工、造紙/新聞印刷、印鈔造幣、國防、
輪胎、玻纖、教育、電商物流等行業(yè)得到了推廣應(yīng)用。
如在汽車行業(yè),AGV不但在
發(fā)動機分裝、后橋分裝、變數(shù)箱分裝等裝配生產(chǎn)線上得到大量應(yīng)用,在發(fā)動機箱體配送、
儀表盤配送、小型零配件配送等方面也得到的廣泛應(yīng)用。另外,在國內(nèi)紛繁的電商倉庫物流市場也得到了應(yīng)用,通過AGV實現(xiàn)了貨到人,從而節(jié)省了人工成本,提高了倉庫利用率,降低了分揀貨物錯誤率。
AGV前景
不管是從市場,還是從技術(shù)層面來講,AGV都有著不可取代的優(yōu)勢與市場前景,已然是未來市場上的一大趨勢。
首先,我國面臨著人口紅利即將喪失、勞動力成本大幅攀升、訓(xùn)練有素的產(chǎn)業(yè)工人缺乏、招工難等問題,這些問題催生了對AGV需求快速增長的強大動力。其次,我國物流裝備制造業(yè)也面臨前所未有的機遇,我國已經(jīng)成為世界上最大的物流裝備市場,足以支撐各種規(guī)模、較大數(shù)量的物流裝備企業(yè)發(fā)展。2016年,中國市場對智能輸送裝備的需求高達(dá)500億元,國內(nèi)企業(yè)對AGV的需求空前高漲,預(yù)計2017年新增AGV裝機容量將達(dá)到20000臺。最后,我國AGV正在獲得前所未有的資金、技術(shù)、人才、管理等全方位的要素支持,具備加速起飛的強有力條件。
隨著工業(yè)4.0的高速發(fā)展,人類需要機器人來協(xié)助配合完成工作,更多的機器人將參與到工業(yè)制造、物料運輸?shù)裙ぷ髦?。伴隨著AGV產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,其未來的應(yīng)用市場和領(lǐng)域也在逐漸擴張,不僅能推進(jìn)各行業(yè)自動化生產(chǎn)水平,同時也能產(chǎn)生良好的技術(shù)效應(yīng),從而帶動整個行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。
國內(nèi)AGV企業(yè)面臨的困境和對策
隨著工業(yè)4.0時代的到來,我國智能物流裝備的核心設(shè)備AGV產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨著巨大的挑戰(zhàn),也存在前所未有的機遇。我們當(dāng)前面臨的主要挑戰(zhàn)是基礎(chǔ)研究不足,核心技術(shù)平臺和產(chǎn)品嚴(yán)重依賴進(jìn)口。我國大多數(shù)企業(yè)自主知識產(chǎn)權(quán)的AGV關(guān)鍵技術(shù)研究的時間還很短,技術(shù)基礎(chǔ)比較薄弱。國內(nèi)高端AGV市場大多數(shù)采用的是
科爾摩根的NDC系統(tǒng),另外市場非常不規(guī)范,沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),也沒有形成具有較大影響力的產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈,行業(yè)內(nèi)部低價同質(zhì)化競爭也比較激烈。
建議我國AGV產(chǎn)業(yè)加快整合資源,實行分工合作,共建公共的技術(shù)平臺體系,制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),加大產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化,提高智能化水平。
在我國應(yīng)開展如下AGV關(guān)鍵技術(shù)的研究工作:
1) AGV管理監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)是AGV系統(tǒng)重要核心技術(shù)之一,應(yīng)開發(fā)基于100臺以上AGV的管理調(diào)度系統(tǒng)開發(fā)工作,開展人機交互技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)、遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)的專項研究,提高我
國自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件開發(fā)水平,以適應(yīng)國內(nèi)近年來AGV的市場需求。
2) AGV車載控制器是AGV控制系統(tǒng)的核心,研制基于嵌入式計算機系統(tǒng)的專用AGV車載控制器,取代以采用工控機或通用PLC作為主控單元的AGV車載控制器是未來的技術(shù)發(fā)展趨勢,也是今后研發(fā)工作的重點。
3)隨著制造業(yè)對AGV需求量的增加,載荷在20t以上的重載AGV的需求將快速增長。多舵輪驅(qū)動AGV的研發(fā)顯得尤為重要,應(yīng)開展多舵輪驅(qū)動AGV運動學(xué)研究和多舵輪運動控制算法的研究工作。
4)電機驅(qū)動總成是AGV重要基礎(chǔ)部件之一,應(yīng)研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電機驅(qū)動總成產(chǎn)品。應(yīng)盡快開展低壓交流電機驅(qū)動技術(shù)的研究工作及產(chǎn)品開發(fā)工作。研發(fā)基于DSP的交流和直流伺服驅(qū)動控制器產(chǎn)品。
5)視覺導(dǎo)引技術(shù)及自然導(dǎo)航技術(shù)等將成為最具應(yīng)用前景的AGV導(dǎo)引技術(shù),開展快速圖像處理關(guān)鍵技術(shù)的研究工作,開展圖像處理技術(shù)在AGV導(dǎo)引技術(shù)上的適應(yīng)性研究工作,盡快實現(xiàn)視覺導(dǎo)引等自然導(dǎo)引技術(shù)在工程中得以成熟應(yīng)用。