黎沁++高東++蘇春洲++劉飛+范乃吉

摘 要：AGV（Automatic Guided Vehicle）轉(zhuǎn)運系統(tǒng)是移動式機器人的一個重要分支，具有高自動化程度、應用靈活、安全可靠、無人操作、施工簡單及維護方便等諸多優(yōu)點，被廣泛應用于汽車制造業(yè)、煙草行業(yè)、工程機械行業(yè)、機場等物資運輸場所。該文主要從設計要求、基本結(jié)構(gòu)以及關(guān)鍵技術(shù)等方面對應用于某高功率固體激光裝置中的AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)進行介紹，為后續(xù)相關(guān)領域的研究提供了參考。

關(guān)鍵詞：AGV 高功率固體激光裝置 轉(zhuǎn)運系統(tǒng)

中圖分類號：TN24 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）12（a）-0064-04

大型高功率固體激光裝置如美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的點火裝置（其功率高達W）所需的大口徑光學元件數(shù)目數(shù)以千計，且種類繁多、規(guī)格不一。根據(jù)這些光學元件的不同功能、結(jié)構(gòu)、裝校及維護特性，需將其與一定的機械件組合構(gòu)成各類模塊形成在線可替換單元（LRU）。根據(jù)模塊在光路中的不同位置、安裝方式和基于光機潔凈精密裝校的考慮，模塊主要分為下裝模塊（即模塊從下往上安裝到激光裝置中）和側(cè)裝模塊（即模塊側(cè)面裝到激光裝置中）。兩類模塊均是高功率固體激光裝置中的重要關(guān)鍵件，其安裝和拆卸的精度、潔凈度和效率，均直接影響激光系統(tǒng)準直度、元件損傷風險、輸出光束質(zhì)量和高功率固體激光裝置的工作效率。

而AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)作為一種自動化物料搬運設備，以其具有的高自動化程度、應用靈活、安全可靠、無人操作、施工簡單及維護方便等諸多優(yōu)點，被廣泛應用于汽車制造業(yè)、煙草行業(yè)、工程機械行業(yè)、機場等物資運輸場所?；谏鲜鲈?，該所聯(lián)合重慶大學一同研制了該文介紹的應用于某高功率固體激光裝置的AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)。

1 AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的設計要求

為實現(xiàn)高功率固體激光裝置中所有下裝類模塊的安裝、拆卸及其在潔凈間與激光大廳各模塊位置之間的運輸，同時滿足模塊裝卸全過程的功能及潔凈度要求以確保模塊能夠準確安裝到位并在整個裝接過程中不被污染，AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的設計要求如表1所示。

2 AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

為滿足上述設計要求，該套AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)主要由導航控制系統(tǒng)、車架、能源系統(tǒng)、驅(qū)動單元等組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.1 車體

AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的車體主要是由車架（如圖2所示）、安裝在車架上的萬向輪和電控柜組成，其主要是在整個轉(zhuǎn)運系統(tǒng)中起承載作用。車體的機械調(diào)試需要滿足在焊接和校正表面處理后外形尺寸滿足不大于2 000 mm×2 000 mm×1 400 mm；最小回轉(zhuǎn)半徑為1 000 mm；最低點離地面高度不大于30 mm；蓄電池單次充電時間不大于12 h，連續(xù)工作時間不小于8 h；滿負載2 500 kg的條件下爬坡能力為2%（5 m）。

2.2 驅(qū)動單元

AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的驅(qū)動單元主要由驅(qū)動電機、減速器、彈簧和折彎板組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)共有兩個驅(qū)動單元，每個驅(qū)動單元都是由兩個伺服電機進行控制的。通過特定的運動算法的實現(xiàn)來控制電機的運動，4個電機的耦合運動來實現(xiàn)系統(tǒng)所需要的運動。在調(diào)試過程中需要滿足：直、側(cè)行額定速度為0.5 m/s；啟動和制動過程中加速度不大于0.1 m/s2；能夠?qū)崿F(xiàn)自動引導定位，AGV小車的整體定位誤差不大于5 mm。

3 AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

為滿足高功率固體激光裝置的裝校要求，在AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的設計過程中主要解決了以下3個關(guān)鍵技術(shù)：自主定位及導航技術(shù)、控制技術(shù)以及安全防護技術(shù)。

3.1 AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的自主定位及導航技術(shù)

雖然AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的導航方式很多，但目前得到應用或具有應用前景的導引方式主要包括以下9種類型：電磁感應導航技術(shù)、激光導航技術(shù)、慣性導航技術(shù)、光帶感應導航技術(shù)、磁力感應導航技術(shù)、直接坐標導航技術(shù)、圖像識別導航技術(shù)、GPS導航技術(shù)以及超聲波導航技術(shù)。

由于激光導航技術(shù)具有定位精度高、地面無需其他輔助定位、路徑靈活、變更方便、適合多種環(huán)境、適應復雜路徑和狹窄通道以及系統(tǒng)兼容性和擴展性好等優(yōu)點，該套AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)最終采用的導航技術(shù)為激光導航技術(shù)。

該種導航方式的基本工作原理：在AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板，然后利用安裝在AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)上的激光導航儀發(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，再根據(jù)三角幾何運算來確定其當前的位置和方向，最終實現(xiàn)AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的定位及導航，其導航示意圖如圖4所示。

3.2 AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的控制技術(shù)

AGV控制系統(tǒng)是AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的核心，其主要負責完成人機交互、路徑規(guī)劃、任務執(zhí)行、定位和導航控制、電源管理、自主避障、安全信息提示以及反饋AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)當前狀態(tài)等任務。AGV控制系統(tǒng)的性能和可靠性直接影響了AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的性能和可靠性。

該系統(tǒng)采用工業(yè)控制微機作為主控制器，安裝了Windows XP操作系統(tǒng)，以Microsoft Visual C++ 6.0作為開發(fā)平臺，使用MFC進行程序開發(fā)。在系統(tǒng)程序的編寫過程中，考慮到Windows系統(tǒng)是搶先式的多任務操作系統(tǒng)，因此在實時控制系統(tǒng)中，采用多線程技術(shù)編程，提高程序響應實時操作的能力。

該系統(tǒng)主要包括如下7個模塊，已完成對AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的控制，其結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

（1）數(shù)據(jù)庫模塊：存儲目標點坐標和角度信息，并提供編輯和查看功能。

（2）連接控制器模塊：連接運動控制器，與運動控制器通信。

（3）連接導航儀模塊：與導航儀通信，處理導航數(shù)據(jù)。

（4）主控制模塊：AGV 3種主要控制模式。

（5）自動導航：通過激光導航儀數(shù)據(jù)，在指定區(qū)域，控制小車自動到達目標點。

（6）手動控制：用戶直接在屏幕上控制小車運動。

（7）手操器控制（對應串口通信）：利用手操器控制小車運動。

3.3 AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的安全防護技術(shù)

安全防護技術(shù)是保證AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)正常運行的重要問題之一。該系統(tǒng)采用的是非接觸式兩級安全防護技術(shù)，利用均勻分布在AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)四周的8個超聲波雷達實時檢測AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)周圍的障礙物狀況。

當超聲波雷達檢測到一定距離范圍內(nèi)的障礙物時，系統(tǒng)會測量出實時的接近速度，并通過控制器控制AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)以合適的速度運行，減小慣性，并同時閃爍位于車體上方的兩個紅色報警器以提示操作人員注意。當超聲波雷達檢測到更近距離范圍內(nèi)的障礙物時，系統(tǒng)會迫使AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)停機，以保護系統(tǒng)的安全。緊急或意外情況下，操作人員也可以利用緊急按鈕迫使AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)在短距離內(nèi)及時停止運動。

4 結(jié)語

該文通過對應用于某大型高功率固體激光裝置中的AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的研究，介紹了該系統(tǒng)的主要設計要求、基本構(gòu)成及在研制過程中遇到的3個關(guān)鍵技術(shù)。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)投入使用4年，各項性能指標良好，為后續(xù)相關(guān)領域的AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的開發(fā)和應用提供了一定參考。

參考文獻

[1] 武啟平，金亞萍，任平.自動引導車（AGV）關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J].制造業(yè)自動化，2013（5）：106-121.

[2] 劉全勝.AGV機器人在柔性制造系統(tǒng)中的應用[J].中國制造業(yè)信息化，2008（17）：74-77.

[3] 張正義.AGV技術(shù)發(fā)展綜述[J].物流技術(shù)與應用，2005（7）：67-73.

[4] 張辰貝西，黃志球.自動導航車（AGV）發(fā)展綜述[J].中國制造業(yè)信息化，2010（1）：53-59.

[5] 張俊，王磊，鄒楊波.昆煙物流AGV系統(tǒng)的改造[J].物流技術(shù)與應用，2007（6）：82-85.

[6] 徐鶴.淺談自動導向車（AGV）原理與應用[J].天津成人高等學校聯(lián)合學報，2005（5）：50-52.