文/牛海頤

自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)(Automated Guided Vehicles，AGV)又名無(wú)人搬運(yùn)車(chē)，出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代，是一種自動(dòng)化無(wú)人駕駛的智能搬運(yùn)設(shè)備，能夠沿預(yù)先設(shè)定的路徑行駛，是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化物流系統(tǒng)，如計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)中的關(guān)鍵設(shè)備之一。

AGV具有自動(dòng)化程度高、安全、靈活等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于柔性系統(tǒng)的各個(gè)運(yùn)輸搬運(yùn)環(huán)節(jié)，按照系統(tǒng)指令自動(dòng)存放、搬運(yùn)各類(lèi)半成品、成品零部件到規(guī)定的位置，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化車(chē)間物料的自動(dòng)搬運(yùn)，是柔性制造生產(chǎn)線和自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)等現(xiàn)代化物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)制造、機(jī)械加工等自動(dòng)化生產(chǎn)和倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)。

激光導(dǎo)引是目前自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)系統(tǒng)中普遍采用的導(dǎo)引方式，根據(jù)它的導(dǎo)引原理，自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)在導(dǎo)引區(qū)中可自由行走并精確定位，利用激光雷達(dá)檢測(cè)場(chǎng)地中預(yù)置的反光板進(jìn)行定位，自動(dòng)與柔性生產(chǎn)線、立體倉(cāng)庫(kù)等設(shè)備對(duì)接。重復(fù)定位精度要求較高，如果由于內(nèi)外因素影響造成重復(fù)定位偏差較大，嚴(yán)重的可能出現(xiàn)托盤(pán)卡死、物料傾毀、損壞對(duì)接設(shè)備等后果；優(yōu)化、檢驗(yàn)重復(fù)定位精度也成為AGV系統(tǒng)調(diào)試階段耗時(shí)費(fèi)力的工作。因此，分析解決激光型自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)重復(fù)定位偏差過(guò)大問(wèn)題，可以有效增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，提高調(diào)試效率。

一、系統(tǒng)分析

常見(jiàn)的激光型自導(dǎo)引車(chē)系統(tǒng)主要由以下部分組成：車(chē)體（包含舵輪）、控制系統(tǒng)、激光雷達(dá)、舵輪角度反饋系統(tǒng)、導(dǎo)航設(shè)備（反光板）、控制計(jì)算機(jī)；與系統(tǒng)相關(guān)的外部組成包括運(yùn)行場(chǎng)地、操作人員、托盤(pán)（物料）等，如圖1。

分析主要組件之間關(guān)系，可建立功能模型，如圖2。

圖1：激光導(dǎo)引車(chē)的組成

激光雷達(dá)檢測(cè)環(huán)境中各反光板位置，對(duì)自身進(jìn)行定位，實(shí)時(shí)將位置信息提供給自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)的車(chē)載控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)將該信息與目標(biāo)位置比對(duì)，生成對(duì)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及舵輪的控制指令，并通過(guò)角度反饋系統(tǒng)做速度/位置修正；操作員（或?qū)釉O(shè)備）在指定位置擺放物料托盤(pán)，由自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)自動(dòng)叉?。贿\(yùn)行場(chǎng)地支撐自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)車(chē)體、物料托盤(pán)及定位用反光板，當(dāng)場(chǎng)地條件變化會(huì)對(duì)托盤(pán)、反光板位置，以及舵輪行走狀態(tài)造成影響。

圖2：組件功能分析模型

圖3：因果鏈分析

由此進(jìn)行因果鏈分析，如圖3。

可以看到，系統(tǒng)問(wèn)題的主要原因可分為：

1.周邊環(huán)境因素影響2.人工干擾

3.自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)內(nèi)部原因

針對(duì)周邊環(huán)境因素影響，可以給出的解決方案是：消除干擾因素；調(diào)整反光板。

針對(duì)人工干擾，可以給出的解決方案是：

進(jìn)行規(guī)范要求。

針對(duì)激光型自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)內(nèi)部原因，可以給出的解決方案是：

矯正出現(xiàn)問(wèn)題的參數(shù)；彌補(bǔ)設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題。

二、解決方案

1.技術(shù)矛盾

所謂技術(shù)矛盾，是指在一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)中兩個(gè)子系統(tǒng)之間的矛盾：

在一個(gè)子系統(tǒng)中引入一種有用功能，導(dǎo)致另一個(gè)子系統(tǒng)產(chǎn)生一種有害功能或加強(qiáng)了已存在的一種有害功能；消除一種有害功能導(dǎo)致另一個(gè)子系統(tǒng)有用功能降低；

有用功能的加強(qiáng)或有害功能的減少另一個(gè)子系統(tǒng)或系統(tǒng)變得復(fù)雜化。

圖4：根據(jù)分割原理改進(jìn)方案

圖5：根據(jù)動(dòng)態(tài)特性原理改進(jìn)方案

圖6：根據(jù)嵌套原理改進(jìn)方案

根據(jù)技術(shù)矛盾分析主要問(wèn)題：

如果改變舵輪與角度反饋系統(tǒng)之間的結(jié)構(gòu)，那么舵輪與角度反饋系統(tǒng)將同步運(yùn)行，但是結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可能需要定制，缺少通用性。

提出的參數(shù)如下：

改善參數(shù)：形態(tài)；

惡化參數(shù)：適應(yīng)性及通用性。

根據(jù)以上兩個(gè)參數(shù)，查找矛盾矩陣表，得到以下兩個(gè)創(chuàng)新發(fā)明原理：分割原理和動(dòng)態(tài)特性原理。

（1）分割原理

把一個(gè)物體分割成相互獨(dú)立的，或容易組裝和拆卸的部分。

原角度反饋系統(tǒng)中轉(zhuǎn)向編碼器與齒輪直接安裝，安裝精度要求非常高；而且對(duì)編碼器未采取保護(hù)措施，舵輪轉(zhuǎn)向產(chǎn)生的沖擊力，會(huì)對(duì)編碼器造成物理性損傷。改進(jìn)后的反饋角度系統(tǒng)將編碼器與齒輪分離，中間增加安裝支座以及同心軸抵消因舵輪轉(zhuǎn)向帶來(lái)的振動(dòng)，減少安裝精度要求，方便調(diào)試。 根據(jù)分割原理改進(jìn)方案，如圖4。

（2）動(dòng)態(tài)特性原理（動(dòng)態(tài)法）

使不動(dòng)的物體變成可動(dòng)的或?qū)⑽矬w分成可彼此相互移動(dòng)的幾個(gè)部分。根據(jù)動(dòng)態(tài)特性原理改進(jìn)方案，如圖5。

利用技術(shù)矛盾中的動(dòng)態(tài)特性原理，在舵輪與轉(zhuǎn)向角度系統(tǒng)之間增加拉簧擺臂系統(tǒng)。通過(guò)拉簧擺臂系統(tǒng)，使舵輪與角度反饋系統(tǒng)之間緊密連接，優(yōu)化機(jī)構(gòu)間的嚙合關(guān)系，消除由于安裝過(guò)緊產(chǎn)生的有害徑向力，自動(dòng)補(bǔ)償磨損造成的齒輪間隙，保證角度反饋系統(tǒng)與舵輪同步動(dòng)轉(zhuǎn)。

2.物理矛盾

物理矛盾含義是指一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)中，由表述系統(tǒng)性能的同一個(gè)參數(shù)具有相互排斥（相反的或不同的）需求所構(gòu)成的矛盾稱之為物理矛盾。我們選取的物理參數(shù)為能量消耗。即：運(yùn)動(dòng)物體能量消耗既要大，以達(dá)到驅(qū)動(dòng)目的；又要小，以優(yōu)化整機(jī)。物理矛盾分別有四個(gè)分離原理，分別是：（1）空間分離；（2）時(shí)間分離；（3）條件分離；（4）整體與局部分離。我們選取的分離原理為空間分離原理。

空間分離原理：將沖突雙方在不同的空間上進(jìn)行分離，以獲得問(wèn)題的解決方案。選取了空間分離中的局部嵌套原理進(jìn)行解決。

局部嵌套原理：把一個(gè)物體嵌入第二個(gè)物體，然后將這兩個(gè)物體再嵌入第三個(gè)物體：讓某物體穿過(guò)另一個(gè)空腔。

舵輪傳遞到角度反饋編碼器的位置不準(zhǔn)確或不正確，編碼器長(zhǎng)期被動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)將導(dǎo)致位置編移，糾其根本是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題。

利用空間分離的嵌套原理，在角度反饋編碼器安裝支座中增加同心軸結(jié)構(gòu)，保證編碼器與舵輪的穩(wěn)定性，減少磨損以及安裝精度要求，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。嵌套原理改進(jìn)方案，如圖6。

三、結(jié)論

本文應(yīng)用TRIZ理論，優(yōu)化轉(zhuǎn)向角度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)反饋數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，降低安裝調(diào)試難度，減少人員安裝調(diào)試時(shí)間，并延長(zhǎng)了自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)關(guān)鍵部位的使用壽命，降低維修成本以及因自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)非正常定位造成生產(chǎn)事故的幾率。