王軍建，尚小輝（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

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AGV小車技術(shù)及其在汽車制造行業(yè)的應(yīng)用

王軍建，尚小輝
（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

摘要：文章介紹了AGV (Automatic Guided Vehicle)小車的優(yōu)越性及應(yīng)用前景，從AGV小車的結(jié)構(gòu)、控制方式、驅(qū)動(dòng)形式等方面闡述了AGV的基本原理。最后對(duì)AGV目前在汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)用予以了說明。

關(guān)鍵詞：AGV；控制器；磁導(dǎo)航；汽車

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.033

CLC NO.: U468.8Document Code: BArticle ID: 1671-7988 (2016)05-187-04

前言

隨著我國(guó)人力成本的不斷上升，降低人工成本，提高工廠的自動(dòng)化程度越來越受各企業(yè)的重視。AGV(Automatic Guided Vehicle)小車作為一種自動(dòng)化智能運(yùn)載設(shè)備，可以減少人工消耗，減輕工人勞工強(qiáng)度，其使用的效果已經(jīng)得到了普遍認(rèn)可，已經(jīng)開始走入“尋常百姓家”。

1、AGV小車的優(yōu)越性

AGV小車是上個(gè)世紀(jì)50年代發(fā)展起來的智能化搬運(yùn)運(yùn)載設(shè)備，到了90年代全世界已經(jīng)擁有的AGV小車已經(jīng)達(dá)到10萬臺(tái)以上，主要集中在歐美、日本等的發(fā)達(dá)國(guó)家。近年來，隨著國(guó)內(nèi)生產(chǎn)AGV小車的廠家逐漸增多，技術(shù)不斷進(jìn)步，小車制造成本不斷降低 ，同時(shí)我國(guó)制造業(yè)人力成本不斷上升、勞動(dòng)力開始出現(xiàn)短缺現(xiàn)象，這些因素共同推動(dòng)了AGV小車的應(yīng)用普及。AGV小車作為一種智能運(yùn)載工具，目前主要有三大優(yōu)點(diǎn)：1.節(jié)省人力。AGV作為一種智能化的運(yùn)載工具，運(yùn)行過程無需員工操作，這也是與傳統(tǒng)的叉車、電瓶車有本質(zhì)的區(qū)別，勞動(dòng)力得到了解放。企業(yè)的人工成本得到了降低。2.使用成本低。單體小車價(jià)格較低，小車的原理簡(jiǎn)單，容易維護(hù)。小車在使用過程中的維護(hù)成本較低。3.零排放，沒有尾氣污染。對(duì)很多車間來說，空氣質(zhì)量一直是企業(yè)職業(yè)健康的重要關(guān)注點(diǎn)之一，與物流小車相比，AGV小車沒有尾氣排放，不會(huì)對(duì)車間的空氣產(chǎn)生污染。

圖1

2、AGV小車的基本原理

AGV小車作為一種自動(dòng)化運(yùn)載設(shè)備，它是以PLC為控制核心、蓄電池為動(dòng)力、裝有非接觸導(dǎo)引裝置的無人駕駛自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)載車，其自動(dòng)作業(yè)的基本功能是導(dǎo)向行駛、認(rèn)址準(zhǔn)停和移交載荷。AGV小車主要是由車載控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、行走系統(tǒng)和安全與輔助系統(tǒng)、車體、電池系統(tǒng)等組成。其中車載的控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、行走系統(tǒng)是AGV小車的核心組成，也是各AGV廠家研究的重點(diǎn)。

在AGV小車的結(jié)構(gòu)中， PLC（可編程控制器）是控制的核心單元、障礙物識(shí)別傳感器為控制系統(tǒng)的外部信號(hào)輸入源。PLC的主要作用是接收外部的數(shù)字量信號(hào)輸入，將信號(hào)進(jìn)行處理后，輸出數(shù)字量信號(hào)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，從而控制整個(gè)AGV小車的行走。小車車體上應(yīng)安裝有啟動(dòng)、停止、復(fù)位、急停等按鈕，同時(shí)應(yīng)當(dāng)有電源指示、運(yùn)行指示，急停指示、故障指示以及報(bào)警提示等。

3、AGV小車的基本結(jié)構(gòu)

基本確定AGV小車的硬件后，硬件的安裝布局位置應(yīng)按緊湊合理，應(yīng)保持小車的中心在小車結(jié)構(gòu)的中心位置。AGV小車主體結(jié)構(gòu)的布局圖如下所示：

圖2　AGV小車主要硬件的布置圖

3.1導(dǎo)航系統(tǒng)

導(dǎo)航系統(tǒng)是AGV小車的核心組成之一，是保證AGV小車能否沿正確路徑行走的關(guān)鍵。隨著技術(shù)進(jìn)步，AGV的導(dǎo)航系統(tǒng)按有無導(dǎo)引路線大致分為三種:一是有固定路線的方式:二是半固定路線的方式，包括標(biāo)記跟蹤方式和磁力制導(dǎo)方式;三是無路線方式，包括地面幫助導(dǎo)航、用地圖上的路線指令導(dǎo)航方式和在地圖上搜索最短路徑制導(dǎo)方式。由于固定線路方式的導(dǎo)航，價(jià)格低、功能簡(jiǎn)單，得到廣泛的應(yīng)用，而半固定路線和地面幫助導(dǎo)航方式在企業(yè)應(yīng)用不多。固定路線的導(dǎo)引方式有磁條導(dǎo)航、光學(xué)控制導(dǎo)航、激光導(dǎo)航。

圖3

磁條導(dǎo)航在由于價(jià)格低，施工簡(jiǎn)單，在AGV小車領(lǐng)域使用廣泛。磁條導(dǎo)航需要使用專用磁條傳感器、專用磁條。磁條傳感器的結(jié)構(gòu)如下圖所示，磁條傳感器是內(nèi)部間隔10mm平均排列16個(gè)（型號(hào)不同，點(diǎn)數(shù)不同）采樣點(diǎn)，能夠檢測(cè)磁條上方的磁場(chǎng)，每個(gè)采樣點(diǎn)都有一路信號(hào)對(duì)應(yīng)輸出，磁條傳感器內(nèi)部垂直于磁條上方連續(xù)采樣，每個(gè)采樣點(diǎn)檢測(cè)到磁條都會(huì)輸出信號(hào)。磁條傳感器應(yīng)用根據(jù)檢測(cè)到的磁性強(qiáng)度，將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成布爾數(shù)字量量信號(hào)，傳遞給控制器。路徑追蹤時(shí)，控制器根據(jù)磁條傳感器的輸入信號(hào)判斷AGV小車是否偏離軌道從而進(jìn)行差速調(diào)節(jié)保證AGV小車沿著軌道行走。

本文選擇的磁條傳感器為興訟CNS-MGS-16-232磁條傳感器，這種傳感器同時(shí)支持I/O傳統(tǒng)的接線方式，也支持RS232通信。

3.2行走系統(tǒng)

在國(guó)內(nèi)，AGV制造領(lǐng)域主要采用無刷直流電機(jī)作為小車的動(dòng)力電機(jī)。

無刷電機(jī)控制的基本原理是PLC輸送給無刷電氣驅(qū)動(dòng)器以控制指令，無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器按照設(shè)定的參數(shù)控制電機(jī)的啟動(dòng)、停止、調(diào)速等。基本過程如下圖所示：

圖4

本文選用興訟的無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器CNS-BLD-NC，這個(gè)類型的驅(qū)動(dòng)器一臺(tái)驅(qū)動(dòng)器可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)器。磁條傳感器，可以直接與驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行通信。驅(qū)動(dòng)器根據(jù)接收的磁條傳感器信號(hào)，自動(dòng)判斷小車是否偏離了軌道，對(duì)AGV后輪的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行差速。興訟驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)的連接圖如下：

圖5

驅(qū)動(dòng)器使用直流24V作為電源。1-10可以與PLC的I/O信號(hào)連接，通過0-5V電壓調(diào)整小車速度。RS232通信端口直接連接磁條傳感器。

差速AGV小車的轉(zhuǎn)向主要是電機(jī)差速來實(shí)現(xiàn)的，如圖所時(shí)，小車左輪的速度為V1，小車右輪的速度為V2。

圖6

AGV小車路徑追蹤時(shí)：當(dāng)AGV小車開始運(yùn)行時(shí)，小車前面的障礙物檢測(cè)傳感器沒有檢測(cè)到障礙物時(shí)，AGV小車開始追蹤。

當(dāng)傳感器檢測(cè)到小車向左偏離時(shí)，控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速V1>V2；傳感器檢測(cè)到小車沿著軌道運(yùn)行無偏差時(shí)，V1=V2；傳感器檢測(cè)到小車向右偏離時(shí)，V1

3.3小車認(rèn)址信號(hào)

小車認(rèn)址也分為兩種形式，一種形式只是簡(jiǎn)單的信號(hào)確認(rèn)，第二種是可以確定小車的具體位置。目前在簡(jiǎn)單的AGV系統(tǒng)中，第一種方式應(yīng)用普遍。磁條的磁性分為N極性磁條和S性極性磁條，相應(yīng)的傳感器也分為N極性和S極性傳感器。

在AGV小車行走過程中可以選擇N極性磁條和N極性傳感器分為作為AGV小車的路徑軌道和認(rèn)址地址。在小車車體上安裝與認(rèn)址磁條相對(duì)應(yīng)的傳感器，小車行走到認(rèn)址位置時(shí)，小車可以根據(jù)程序選擇停止、加速、減速等。

圖7

4、小車的軌道布置

小車的軌道是特制磁條鋪設(shè)而成，磁條寬度約為50mm。

小車的軌道布置是小車能夠?qū)崿F(xiàn)功能，按照預(yù)期運(yùn)行關(guān)鍵因素之一，應(yīng)當(dāng)合理布置小車的運(yùn)行路徑。

小車的運(yùn)行軌道如圖所示，小車的軌道應(yīng)避免直角，拐彎處應(yīng)采用圓弧形狀。在軌道的兩側(cè)可以布置地標(biāo)，小車行走至地標(biāo)時(shí)，停止行走，小車人工復(fù)位后，小車恢復(fù)行走。軌道兩側(cè)的地標(biāo)，是設(shè)置小車停車點(diǎn)的關(guān)鍵。

AGV小車的控制控制面板及PLC的輸入、輸出分配。

本文中AGV使用三菱FX-3U PLC作為控制器，其輸入、輸出的I/O點(diǎn)分配如下圖所示：

表1　

5、小車的PLC程序

小車行走的基本流程圖

圖8

根據(jù)流程圖，編寫PLC控制程序。小車啟動(dòng)后，檢測(cè)到小車障礙物檢測(cè)傳感器檢測(cè)（X10）檢測(cè)到小車前方無障礙物，同時(shí)小車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出

（X11、X12、X13、X14）判定小車沒有脫軌后，小車正常啟動(dòng)運(yùn)行。

小車啟動(dòng)后，PLC的DA模擬量模塊輸出0-5V的電壓，通過控制驅(qū)動(dòng)器控制小車的行走。

6、AGV小車的主要應(yīng)用

AGV小車在工廠自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用，目前主要集中在兩個(gè)方面，一是物料的轉(zhuǎn)運(yùn)配送、二是輔助裝配。

物料的轉(zhuǎn)運(yùn)配送是AGV小車最常見的應(yīng)用方式。這類AGV小車結(jié)構(gòu)本簡(jiǎn)單，造價(jià)低，通常只有前進(jìn)一個(gè)動(dòng)作，可以進(jìn)行圓弧旋轉(zhuǎn)。目前，這類AGV小車主要從事兩類工作場(chǎng)景，一類是大批量零部件的配送，小車一次托運(yùn)多個(gè)料框，料框內(nèi)裝安順序裝好各類零件，直接配送至裝配現(xiàn)場(chǎng)。小車到達(dá)指定地點(diǎn)是自動(dòng)將料框放下。其次就是大型零部件的轉(zhuǎn)運(yùn)，小車車體上制作工裝，零部件直接放置在小車車體上實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)。另一類應(yīng)用，主要就是輔助裝配。在汽車裝配過程，具有舉升功能的AGV小車可以方便汽車地盤下面零部件的安裝。隨著技術(shù)的進(jìn)步，AGV小車逐漸增加了新的功能，對(duì)汽車制造領(lǐng)域產(chǎn)生更深遠(yuǎn)的影響。

7、結(jié)束語(yǔ)

AGV小車在國(guó)內(nèi)制造業(yè)，尤其是汽車行業(yè)、物流業(yè)應(yīng)用非常普遍，其優(yōu)越性得到了普遍認(rèn)可。隨著中國(guó)人力成本的上升，AGV小車技術(shù)的應(yīng)用必將越來越廣泛，有能力自主制造AGV小車的廠家越來越多，AGV小車制造行業(yè)也必將取得質(zhì)的的飛躍。

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AGV technology and its application in automobile manufacturing industry

Wang Junjian, Shang Xiaohui
( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co. Ltd, Shanaxi Xi’an 710200 )

Abstract:This article introduces the AGV superiority and application prospect, from the structure of AGV, control mode, drive from aspects this paper expounds the basic principle of AGV. Finally,AGV is explained in the application of steam east manufacturing.

Keywords:automated guided vehicle（AGV）; controller; magnetic navigation; automobile

中圖分類號(hào)：U468.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編碼：1671-7988 （2016）05-187-04

作者簡(jiǎn)介：王軍建，就職于陜西重型汽車有限公司。