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        激光導(dǎo)航AGV在機(jī)車系統(tǒng)的應(yīng)用

        2018-07-03 07:33:54沈陽新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司遼寧沈陽110169
        物流科技 2018年6期
        關(guān)鍵詞:反光板新松大功率

        車 菲 (沈陽新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司,遼寧 沈陽 110169)

        激光導(dǎo)航AGV(Laser Automatic Guided Vehicle,LGV)是一種無人駕駛的激光自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車。激光導(dǎo)引是在AGV行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板,AGV通過激光掃描器發(fā)射激光束,同時(shí)采集由反射板反射的激光束,來確定其當(dāng)前的位置和航向,并通過連續(xù)的三角幾何運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)AGV的導(dǎo)引。它是目前國(guó)外許多AGV生產(chǎn)廠家優(yōu)先采用的先進(jìn)導(dǎo)引方式,國(guó)內(nèi)極少數(shù)公司才能將激光導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用于AGV產(chǎn)品上。

        新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司,始終走在自動(dòng)導(dǎo)引車技術(shù)開發(fā)創(chuàng)新的前沿,擁有完全自主控制技術(shù)的多種型號(hào)自動(dòng)導(dǎo)引車(AGV),用戶面向國(guó)內(nèi)外。在激光導(dǎo)引AGV領(lǐng)域,新松公司開發(fā)出基于CAN總線的控制部件,并且成功應(yīng)用于各種AGV上,增強(qiáng)了自動(dòng)導(dǎo)引車控制系統(tǒng)的可靠性。這項(xiàng)核心控制技術(shù)的掌握,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)物流高端設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域的空白,促進(jìn)了這種物流高端設(shè)備在我國(guó)的應(yīng)用。

        此項(xiàng)技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是,AGV定位精確;地面無需其他定位設(shè)施;行駛路徑可靈活多變,能夠適合多種現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境,它是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較先進(jìn)的導(dǎo)引方式;缺點(diǎn)是制造成本高,對(duì)環(huán)境要求較相對(duì)苛刻(外界光線,地面要求,能見度要求等),不適合室外(尤其是易受雨、雪、霧的影響)。

        以下是某大功率機(jī)車檢修基地采用新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司設(shè)計(jì)的激光導(dǎo)引AGV來運(yùn)輸大型部件的實(shí)例。 和諧型大功率機(jī)車是我國(guó)鐵路引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新的重大成果,是具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、世界上最先進(jìn)的機(jī)車(如圖1),是我國(guó)鐵路未來客貨運(yùn)輸?shù)闹髁C(jī)型。和諧型大功率機(jī)車檢修基地的建設(shè),將承擔(dān)和諧型大功率電力機(jī)車綜合維修和生產(chǎn)制造任務(wù),可以有效實(shí)現(xiàn)大功率機(jī)車的專業(yè)化、集中化檢修,促進(jìn)我國(guó)裝備制造業(yè)水平的提升。其生產(chǎn)線上應(yīng)用的AGV輸送車,具有無軌、智能、站點(diǎn)識(shí)別、自動(dòng)導(dǎo)引、無線通訊能力,在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)有較高的靈活性,其應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了機(jī)車檢修基地大部件運(yùn)輸管理的自動(dòng)化、智能化、信息化,提高了工作效率,降低差錯(cuò)率,同時(shí)也使作業(yè)流程綜合自動(dòng)化水平邁上一個(gè)新的臺(tái)階。

        圖1 某大功率機(jī)車檢修基地的AGV車體實(shí)物圖

        1 激光導(dǎo)航工作原理

        激光掃描器利用反光板,通過三角測(cè)量原理測(cè)定AGV在坐標(biāo)系的位置,系統(tǒng)的反光板數(shù)量是冗余的,再通過求解誤差方程來消除系統(tǒng)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,最后在加上AGV本身速度對(duì)測(cè)量結(jié)果的修正(如圖2、圖3)。AGV的運(yùn)行速度越高,測(cè)量的誤差越大,所以要想實(shí)現(xiàn)高精度的停車,必須使AGV做一段低速的運(yùn)行。反光板的最大極限距離為70m,一般建議反光板最好在5~10m范圍,這樣測(cè)量的精度最高。軟件版本滿足160m×100m的運(yùn)動(dòng)范圍要求。

        圖2 激光導(dǎo)航工作原理

        圖3

        激光掃描器內(nèi)部的控制器,通過內(nèi)部的地圖信息來分辨來自真正反光板或其他反射物體(如燈、窗戶、鋼板和太陽光)的不同反射光。有效地降低激光掃描器對(duì)其他干擾光源(如燈、窗戶、鋼板和太陽光)的敏感程度,濾出其他光源的干擾。

        AGV使用專用旋轉(zhuǎn)式激光測(cè)量傳感器,測(cè)量速度快,精度高,通常稱作激光頭。該傳感器使用紅外波段,低能量脈沖式激光,且不使用傳統(tǒng)的點(diǎn)式光源的光路,激光的光路發(fā)散, 可保證在任何情況下均不會(huì)對(duì)人眼造成傷害,該傳感器使用“測(cè)距+測(cè)角”的測(cè)量算法,使用專用處理器計(jì)算位置信息,即保證了系統(tǒng)的測(cè)量速度,又提高了測(cè)量的可靠性和精度,可充分保證AGV的控制精度。

        采用激光導(dǎo)航的方法,反光板是其中的主要構(gòu)成元素,反光板由平面反光膜或圓柱形反光膜構(gòu)成,安裝在專用型材支架上。新松公司使用激光導(dǎo)航方式,地面無任何誘導(dǎo)線,現(xiàn)場(chǎng)施工量很小,可比較靈活的改變路徑,使系統(tǒng)的柔性更大。

        2 AGV基本參數(shù)技術(shù)要求

        AGV的機(jī)械結(jié)構(gòu)由車架,驅(qū)動(dòng)裝置等組成(如圖4)。

        驅(qū)動(dòng)方式:全方位驅(qū)動(dòng)

        導(dǎo)航方式:激光導(dǎo)航

        AGV導(dǎo)航精度為±10mm。

        停車位置精度為±10mm。

        AGV最大速度為42m/min。

        AGV在運(yùn)行前方裝有非接觸式激光防碰傳感器,當(dāng)AGV運(yùn)行時(shí),前方一定距離內(nèi)發(fā)現(xiàn)障礙物,AGV可減速停車,保證AGV及周邊人員設(shè)備的安全。

        車體尺寸 3 180×1 500×2 125(mm)。

        AGV負(fù)載能力:3 000KG。

        通訊方式為:無線局域網(wǎng)。

        圖4

        3 AGV電氣系統(tǒng)的構(gòu)成

        國(guó)產(chǎn)自主控制技術(shù)的激光導(dǎo)引AGV主要由車載控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、激光定位系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和手動(dòng)維護(hù)系統(tǒng)等部分構(gòu)成(如圖5)。實(shí)現(xiàn)了AGV控制器的通用性與模塊化,各功能模塊性能穩(wěn)定可靠且分工明確,即保證了AGV整體性能的靈活配置,又便于不同系統(tǒng)功能的擴(kuò)充與維護(hù)。

        在新松公司的系統(tǒng)中,各個(gè)子系統(tǒng)與車載控制器的連接通過CAN總線的方式交換信息,既減少了AGV的線束,又便于系統(tǒng)的維護(hù),同時(shí)系統(tǒng)可以很方便地進(jìn)行裁減。

        圖5

        4 AGVS系統(tǒng)構(gòu)成

        AGV控制臺(tái)是AGV系統(tǒng)的中央管理器,它主要負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)AGV系統(tǒng)進(jìn)行管理、調(diào)度和維護(hù),其主要有任務(wù)分配和避碰管理等功能(如圖6)。

        圖6 系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)

        由于采用集中控制的方式,控制臺(tái)將成為AGVS系統(tǒng)的核心。它向上可以與上級(jí)管理計(jì)算機(jī)相連接,向下通過無線局域網(wǎng)與系統(tǒng)中的AGV相連接。在多AGV系統(tǒng)中,AGV是按照各自的任務(wù)程序運(yùn)行的,各AGV本身不能進(jìn)行系統(tǒng)避碰協(xié)調(diào),AGV系統(tǒng)控制臺(tái)可根據(jù)系統(tǒng)中各AGV的位置與狀態(tài)自動(dòng)地發(fā)現(xiàn)可能發(fā)生碰撞的情況,并發(fā)出掛起指令,暫時(shí)停止低優(yōu)先級(jí)AGV的運(yùn)行,在碰撞的可能性消失時(shí),能夠發(fā)出指令解除AGV的掛起,允許AGV繼續(xù)運(yùn)行。

        控制臺(tái)負(fù)責(zé)AGV運(yùn)行中的交通管理。保證運(yùn)行中的AGV與AGV間不發(fā)生碰撞和AGV追尾等事故??刂婆_(tái)將對(duì)進(jìn)入系統(tǒng)和退出系統(tǒng)的AGV進(jìn)行管理,以保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。

        避碰管理:在多AGV系統(tǒng)中,AGV是按照各自的任務(wù)程序運(yùn)行的,各AGV本身不能進(jìn)行系統(tǒng)避碰協(xié)調(diào),AGV系統(tǒng)控制臺(tái)可根據(jù)系統(tǒng)中各AGV的位置與狀態(tài)自動(dòng)地發(fā)現(xiàn)可能發(fā)生碰撞的情況,并發(fā)出掛起指令,暫時(shí)停止低優(yōu)先級(jí)AGV的運(yùn)行,在碰撞的可能性消失時(shí),能夠發(fā)出指令解除AGV的掛起,允許AGV繼續(xù)運(yùn)行。

        該系統(tǒng)各組成部分之間采用無線以太網(wǎng)通信方式。任務(wù)管理操作終端與管理軟件被分配在工作區(qū)的立式終端中,與AGV控制臺(tái)之間采用無線通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。AGV控制臺(tái)終端與AGV充電機(jī)被置于AGV工作區(qū)邊,以便無線信號(hào)良好覆蓋,與各AGV之間實(shí)現(xiàn)無線以太網(wǎng)通信。AGV充電機(jī)信號(hào)經(jīng)由以太網(wǎng)IO模塊經(jīng)由通信線纜直接與AGV控制臺(tái)互連。

        在日常使用過程中,用戶僅需對(duì)位于工作區(qū)的任務(wù)管理終端下達(dá)運(yùn)輸指令和相關(guān)信息,管理軟件即對(duì)所產(chǎn)生的指令下達(dá)給AGV控制臺(tái),從而AGV控制臺(tái)分配AGV執(zhí)行各運(yùn)輸指令。AGV的運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃及調(diào)度管理,以及充電調(diào)度均由AGV控制臺(tái)自行完成,無需人為管理操作(如圖7)。

        圖7

        5 結(jié)束語

        隨著科技的發(fā)展,自動(dòng)搬運(yùn)技術(shù)的實(shí)施勢(shì)在必行,因此受到越來越多的關(guān)注。在眾多的搬運(yùn)技術(shù)中,因?yàn)锳GV的優(yōu)越性,使其成為物流運(yùn)輸中自動(dòng)搬運(yùn)的最佳解決方案。

        激光導(dǎo)航AGV在大功率機(jī)車檢修基地的應(yīng)用充分展現(xiàn)了其運(yùn)作特點(diǎn),其定位精準(zhǔn),靈活應(yīng)用于工藝流程的變更,改變了傳統(tǒng)的人工運(yùn)輸,促進(jìn)了企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和飛速發(fā)展,改善了工人的作業(yè)環(huán)境,提高了自動(dòng)化生產(chǎn)水平,提高效率的同時(shí),也為企業(yè)爭(zhēng)得了很好的效益。

        國(guó)產(chǎn)激光導(dǎo)引AGV的誕生,是我國(guó)物流發(fā)展史上的光輝一筆。它正在以勢(shì)不可擋地趨勢(shì)涌進(jìn)更多的行業(yè),滿足更多用戶的需求,為我國(guó)物流產(chǎn)業(yè)向高端技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展做出不可磨滅的貢獻(xiàn)。

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