陳雷 劉林

摘 要：詳細(xì)介紹了AGV在汽車焊裝生產(chǎn)中的應(yīng)用及工藝規(guī)劃技巧，目前國內(nèi)汽車焊裝對于AGV的應(yīng)用大多局限在物流輸送方面，但隨著技術(shù)的發(fā)展以及AGV在節(jié)省工藝面積、增加生產(chǎn)線效率、降低工人勞動強(qiáng)度等方面的優(yōu)勢，未來AGV在汽車焊裝生產(chǎn)中的應(yīng)用必將更加廣泛。

關(guān)鍵詞：AGV;焊裝;應(yīng)用;工藝規(guī)劃;柔性化

0 引言

通過全面介紹AGV（自動導(dǎo)引車）在汽車焊裝生產(chǎn)中的應(yīng)用方向及工藝規(guī)劃技巧，解決AGV受焊裝制造業(yè)環(huán)境、人機(jī)交互、信息傳遞等因素影響導(dǎo)致應(yīng)用局限的問題，使AGV在汽車焊裝領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛和深入，進(jìn)而達(dá)到提高汽車焊裝生產(chǎn)線高柔性，智能化的目的。

1 常見AGV的種類及優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 按導(dǎo)航方式分類

1.1.1 磁導(dǎo)航方式

磁導(dǎo)航是在AGV的行駛路徑上埋設(shè)磁釘或粘貼磁條，通過磁感應(yīng)信號實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。優(yōu)點(diǎn)為磁條鋪設(shè)簡單易行，變更路徑實(shí)施容易;缺點(diǎn)為磁條易受金屬機(jī)械等硬物損傷，對導(dǎo)航效果與持久性產(chǎn)生影響。

1.1.2 慣性導(dǎo)航方式

慣性導(dǎo)航是在AGV上安裝陀螺儀，在行駛路徑的地面上安裝定位塊，AGV可通過計(jì)算陀螺儀偏差信號及采集地面定位塊信號來確定自身的位置和方向，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。優(yōu)點(diǎn)為定位精度好，缺點(diǎn)是價格較高。

1.1.3 光學(xué)導(dǎo)航方式

在AGV行駛路徑上涂漆或粘貼色帶，通過對攝像機(jī)采集的色帶圖象信號進(jìn)行處理實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。優(yōu)點(diǎn)為靈活性較好，路線設(shè)置簡單易行;缺點(diǎn)為色帶需要經(jīng)常維護(hù)，導(dǎo)航可靠性較差。

1.1.4 激光導(dǎo)航方式

激光導(dǎo)航方式目前有2種，反光板導(dǎo)航和SLAM導(dǎo)航。反光板導(dǎo)航是在AGV行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板，AGV通過發(fā)射激光束，同時采集由反射板反射的激光束，來確定其當(dāng)前的位置和方向，通過幾何運(yùn)算實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。SLAM導(dǎo)航是通過激光雷達(dá)對場景的觀測，實(shí)時創(chuàng)建地圖并修正AGV的位置來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。激光導(dǎo)航優(yōu)點(diǎn)是地面無需其他定位設(shè)施，行駛路徑靈活多變;缺點(diǎn)是制造成本高，對環(huán)境要求相對苛刻，尤其對光線要求苛刻，導(dǎo)致其現(xiàn)階段在汽車焊裝工廠中應(yīng)用較少。

1.2 按移載方式分類

1.2.1 牽引式AGV

AGV作為牽引動力，通過拖掛帶輪的容器實(shí)現(xiàn)對物料的拉動。適合應(yīng)用于物流器具的運(yùn)輸。

1.2.2 承載式AGV

AGV通過馱舉來移載物料，可升降被運(yùn)物料。適合應(yīng)用于有定位要求，運(yùn)輸平穩(wěn)的場合，也可作為柔性裝配線、加工線使用。常用于車身、車架、大型沖焊件等物體搬運(yùn)。

2 AGV在焊裝工藝中的應(yīng)用

AGV替代人工搬運(yùn)，實(shí)現(xiàn)自動化物流AGV目前已經(jīng)在焊裝車間物流輸送方面大量應(yīng)用，代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工轉(zhuǎn)運(yùn)物料及電瓶車、叉車、皮帶機(jī)、Buffer等傳輸車輛和設(shè)備。

AGV的應(yīng)用改變了物流運(yùn)輸模式，不僅實(shí)現(xiàn)了省人化，而且減少了人為錯誤導(dǎo)致的物料供給問題;AGV代替電瓶車、叉車等作業(yè)車輛，大大降低了人機(jī)交互所帶來的安全隱患;AGV的靈活性解決了傳統(tǒng)傳輸工具空間占用面積大和改造困難的難題。

物流運(yùn)輸多采用牽引式AGV，其體積小、價格低，與帶有腳輪的料車配合使用，把料車運(yùn)送到指定位置。AGV料車可做成一體式結(jié)構(gòu)，也可做成分體式結(jié)構(gòu)（料車托盤+器具），具體結(jié)構(gòu)可根據(jù)生產(chǎn)物流的配貨方式而定。

2.1 AGV與機(jī)器人對接的精度保障方案

AGV料車到位后若由人工下件，AGV自身精度即可滿足;若是由機(jī)器人從料車上自動抓取工件，機(jī)器人對工件的位置精度要求很高，AGV自身精度無法滿足。為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動取料，一般有3種解決方案。

對AGV料車X、Y、Z3個方向進(jìn)行精定位，提高AGV料車到位精度。

（1）料口形式，水平滾珠使料車輕微脫離地面，起到Z向定位作用;側(cè)向滾輪與側(cè)頂氣缸使AGV能按準(zhǔn)確位置進(jìn)入料口并使 X 向定位準(zhǔn)確;到位后，料口里側(cè)的夾緊氣缸把料車夾緊，在定位Y向的同時固定料車。這樣X、Y、Z3個方向都進(jìn)行了精準(zhǔn)定位。

（2）抓件機(jī)器人與視覺引導(dǎo)設(shè)備配合使用，給機(jī)器人裝上“眼睛”。抓件視覺引導(dǎo)可以實(shí)現(xiàn)±70 mm以內(nèi)的偏差定位，AGV位置精度一般在±10 mm以內(nèi)，所以如果使用抓件視覺引導(dǎo)，AGV料口只需做料車的粗定位和固定裝置。

（3）使用一些特殊機(jī)構(gòu)，在AGV行駛至特定位置后，靠機(jī)構(gòu)把料車器具拖入線體進(jìn)行精定位，該類形式在焊裝中使用較少。

2.2 AGV在調(diào)整線的應(yīng)用

傳統(tǒng)焊裝調(diào)整線多采用固定滾床輸送方式，每次增加車型或位置改造的工作量都非常大，甚至需要拆除重建，為不影響在制車型的生產(chǎn)，改造時間通常很短，改造難度大。

AGV代替固定滾床在調(diào)整線的應(yīng)用，設(shè)計(jì)多車型通用托盤或直接切換托盤，滿足生產(chǎn)線高柔性化的要求;因?yàn)锳GV小車位置本就是不固定的，可以任意更換場地生產(chǎn)，打破了線體對空間的固定化需求模式。

該工藝需要采用承載式AGV馱舉白車身，其托盤需按設(shè)置的環(huán)形路線行駛。AGV從A點(diǎn)提升機(jī)處接到白車身，經(jīng)過1～19工位，到達(dá)B點(diǎn)后與提升機(jī)對接，提升機(jī)把白車身運(yùn)輸?shù)綑C(jī)械化上，AGV馱舉空托盤沿環(huán)路到達(dá)A點(diǎn)后等待接下一個白車身，完成一個工作循環(huán)。

白車身的托盤與傳統(tǒng)車型滑橇設(shè)計(jì)類似，只需增加與AGV的連接結(jié)構(gòu)。調(diào)整線使用AGV小車代替?zhèn)鹘y(tǒng)輸送設(shè)備，另一優(yōu)勢為可以避免由于設(shè)備故障導(dǎo)致線體停線。當(dāng)某臺AGV出現(xiàn)故障，可以使用吊具或電動拖車，把AGV移出線體進(jìn)行維修，線體可正常生產(chǎn)，而傳統(tǒng)調(diào)整線需等待設(shè)備維修好后才可繼續(xù)生產(chǎn)。

2.3 AGV切換夾具，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自適應(yīng)

傳統(tǒng)汽車焊裝生產(chǎn)線為線式生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，該生產(chǎn)模式基于同平臺車型，當(dāng)不同平臺車型混流時，就會導(dǎo)致工藝設(shè)備使用不均衡。例如一些高檔車應(yīng)用激光釬焊、激光飛行焊等先進(jìn)焊接工藝，而A級車更多采用電阻點(diǎn)焊或CMT等焊接工藝。如果將這些不同平臺車型混線生產(chǎn)，將出現(xiàn)生產(chǎn)時總有部分設(shè)備是不需要工作的情況，導(dǎo)致設(shè)備利用率降低。另外傳統(tǒng)生產(chǎn)線車型混流，基本分為工裝夾具自身混流和應(yīng)用轉(zhuǎn)臺、轉(zhuǎn)轂、滑臺等設(shè)備進(jìn)行工裝夾具切換2種形式，但這些方案都受限于設(shè)備性能和工藝面積。目前隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)線需要更多車型混流的能力。如何利用有限的空間，合理規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)焊接工藝成為關(guān)鍵。AGV的應(yīng)用給生產(chǎn)線更多車型混流功能的實(shí)現(xiàn)帶來了可能性。為適應(yīng)更多車型的混流需求，增加生產(chǎn)線的靈活性與經(jīng)濟(jì)性，先將傳統(tǒng)生產(chǎn)線按功能進(jìn)行模塊劃分，建立不同功能的工作站，比如門蓋焊接島、滾邊島、地板焊接島、主線焊接島、激光焊接島等，然后使用AGV代替滾床、滑橇等輸送設(shè)備，更加靈活的把工件運(yùn)送到相應(yīng)工作站里進(jìn)行工藝的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)不同車型的工藝需求，進(jìn)入相應(yīng)的工作站，其它不涉及的工作站進(jìn)行關(guān)閉或同時進(jìn)行其它車型的生產(chǎn)，不僅節(jié)約了生產(chǎn)時間，提升了設(shè)備的利用率，更降低了單車生產(chǎn)的成本投入。

使用AGV還可以進(jìn)行夾具、抓具等工裝的切換，生產(chǎn)之前把工裝夾具用AGV運(yùn)輸?shù)骄€體內(nèi)，這樣理論上可以在工作站內(nèi)實(shí)現(xiàn)任意多車型混流，而且這些不同車型的工裝可以在線外建立立體庫進(jìn)行存儲，大幅降低了生產(chǎn)面積需求。

這種島式生產(chǎn)結(jié)構(gòu)除可以實(shí)現(xiàn)車型高柔性混流生產(chǎn)，還可以根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)選擇增開或關(guān)閉工作站實(shí)現(xiàn)改變產(chǎn)能的需求，同樣可以通過復(fù)制工作站來提升產(chǎn)能，降低了改造的難度和風(fēng)險;但AGV的大量使用導(dǎo)致物流規(guī)劃難度大，物料按時供給需要科學(xué)規(guī)劃和信息化管理。目前該生產(chǎn)模式能夠?qū)崿F(xiàn)小批量生產(chǎn)，使用該方式設(shè)計(jì)高節(jié)拍生產(chǎn)線還有很多難題需要攻克。

2.4 AGV切換工裝夾具精度保障方案

AGV切換工裝夾具時，因汽車焊裝線的高精度要求，而AGV的自身精度無法達(dá)到工藝需求，所以需要輔助機(jī)構(gòu)來保證夾具的到位精度，一般解決方案有以下2種。

2.4.1 在工位兩側(cè)設(shè)計(jì)舉升機(jī)

AGV承載夾具到達(dá)工位后，通過舉升機(jī)上升將其定位銷導(dǎo)入夾具BASE上對應(yīng)的定位孔內(nèi)，托起夾具直至脫離AGV小車，通過舉升機(jī)定位銷和定位面保證工裝夾具X、Y、Z3方向的定位準(zhǔn)確。該方案要求定位銷強(qiáng)度好，導(dǎo)向長，可以矯正由AGV精度導(dǎo)致的位置偏差。但同時定位銷會因此磨損比較嚴(yán)重，需要經(jīng)常維護(hù)和更換，并且定位銷的磨損，會導(dǎo)致定位精度降低，所以此方案使用較少。

2.4.2 使用承載式帶升降A(chǔ)GV

夾具BASE底部設(shè)計(jì)定位銷，料口設(shè)計(jì)浮動裝置。

AGV高位馱舉夾具到準(zhǔn)確位置，然后進(jìn)行下降，夾具BASE底部定位銷進(jìn)入浮動裝置，對X/Y方向矯正并定位，AGV繼續(xù)下降直到Z面貼合，使夾具X、Y、Z3方向定位準(zhǔn)確，夾緊裝置對夾具進(jìn)行固定。上述2種方式對AGV的精度要求很高，國內(nèi)目前AGV精度很難滿足使用要求，多采用國外AGV。

3 結(jié)語

自動導(dǎo)引車（Automated Guided Vehicle，AGV）是裝備有電磁或光學(xué)等自動引導(dǎo)裝置，由計(jì)算機(jī)控制，以輪式移動為特征，自帶動力或動力轉(zhuǎn)換裝置，并且能夠沿規(guī)定的引導(dǎo)路徑自動行駛的運(yùn)輸工具，一般具有安全防護(hù)、移載等多種功能。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步、人力成本的不斷增加，自動化、省人化成為汽車制造過程中必須考慮的2個指標(biāo)。在該形勢下，AGV充分發(fā)揮其高機(jī)動、低成本的優(yōu)勢，已成功在國內(nèi)眾多知名汽車企業(yè)投入使用，例如紅旗新總裝車間已實(shí)現(xiàn)全AGV的自動化物流，可以看出，AGV搬運(yùn)替代人工搬運(yùn)是未來發(fā)展的必然趨勢。生活水平的日益提高使人們對汽車的需求也發(fā)生改變，越來越多的個性化需求正促使著汽車制造方式發(fā)生改變，高柔性、高智能的先進(jìn)生產(chǎn)線應(yīng)運(yùn)而生。AGV代替?zhèn)鹘y(tǒng)固定式輸送線使生產(chǎn)更靈活，打破了傳統(tǒng)生產(chǎn)線平臺化的限制，可以實(shí)現(xiàn)不同平臺、更多車型的混流生產(chǎn);同時打破了生產(chǎn)流程的界線，可以根據(jù)不同工藝制定相應(yīng)的生產(chǎn)流程、生產(chǎn)路徑，從而更合理地利用生產(chǎn)資源。

參考文獻(xiàn)：

[1]李文忠，王子欣，魏偉，等.汽車焊裝工藝規(guī)劃模型初探[J].汽車工藝與材料，2020（11）：25-30.

[2]邊超，鄭杜輝，于偉，等.當(dāng)前汽車車身焊裝的工藝設(shè)計(jì)及工裝設(shè)計(jì)探析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019（10）：95-96.

[3]張曉嬌，王傳勇，周瑞昌，等.汽車車身焊裝的工藝設(shè)計(jì)與工裝設(shè)計(jì)探究[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2019，27（11）：80.