【文章內(nèi)容簡介】 為 如下 兩 類 ： 裝配型和搬運型 。 國內(nèi)公司生產(chǎn)的 AGV在 功能 實現(xiàn)方面 還是和歐美 AGV 存在巨大差距的 。為了更好的 達到國際水平 追趕歐美 國家 ，合肥井松自動化 公司 已經(jīng) 成功 自主 的 研發(fā)了第一代激光導(dǎo)航叉取式 AGV，同時 后叉式 AGV 也在 加緊研發(fā) [8]。 AGV 關(guān)鍵技術(shù) 之前 ， 有世界 知名 學(xué)者 對 AGV 控制 體系 迫切 需要 解決的 問題 ， 打了個十分 貼切 的比喻 ： Where am I?（我在哪里？） Where am I going?（我要去哪里？） How can I get there?（我怎么去？），那么這三個問題指的就是： AGV 的導(dǎo)航（ Navigation）， AGV 的路徑規(guī)劃（ Layout designing）， AGV 的導(dǎo)引控制（ Guidance）。另外還有一些關(guān)鍵技術(shù)例如：移栽技術(shù)，電池技術(shù)，智能化，以及避障技術(shù) [9]。 導(dǎo)航技術(shù) AGV 小車的控制技術(shù)已經(jīng)慢慢成熟起來，其導(dǎo)引技術(shù)儼然已成為 AGV小車 是否能夠更好的適應(yīng)復(fù)雜、惡劣工作環(huán)境的關(guān)鍵技術(shù)。 湖 北 工 業(yè) 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 9 表 牽引 技術(shù) 主要 內(nèi)容 類別 根據(jù)牽引 數(shù)據(jù) 的來源 根據(jù) 牽引線路的 方式 牽引 方式 外導(dǎo)式 內(nèi)導(dǎo)式 有線式 無線式 電磁導(dǎo)引 坐標導(dǎo)引 電磁線路 超聲波導(dǎo)引 牽引 方法 激光 /紅外線導(dǎo)引 自主導(dǎo)航 色帶線路 坐標識別 光學(xué)導(dǎo)引 網(wǎng)格線路 慣性導(dǎo)引 根據(jù) AGV 小車牽引 信號 的來源方式 劃分 ，牽引方式可以 劃分 為外導(dǎo)式與 內(nèi)導(dǎo)式 兩類。前者指的是在自動牽引車運行 軌道 上安裝導(dǎo)引信號 設(shè)備 （例如具有變頻感應(yīng)作用的導(dǎo)線、色帶以及 膠帶等），由于 裝置 在 AGV中的感應(yīng)設(shè)備 使用 實時檢測牽引 數(shù)據(jù) 信號（例如 周期 、溫度、電流等），再把 收集到 數(shù)據(jù) 信號 經(jīng)過處理 運算 之后 ，指揮自動牽引車按照預(yù)先設(shè)定 好 的路線 工作 。后者指的是在自動牽引車上安裝好預(yù)定路線坐標，在自動牽引車工作 的時候 ， 及時 檢測 AGV 小車的 具體 位置并和初始設(shè)定數(shù)值對比，進而改變 調(diào)整 AGV 小車的工作方式，也就是 運用 坐標定位的手段，所以后種導(dǎo)引模式 也 經(jīng)常被稱之為參考定位法。除此之外，根據(jù)AGV 牽引 路線 的多種 方式 ，牽引 模式 又被 劃分為兩類 ： 有線方式和無線方式 [10]。如 上 表 所示。 （ 1） 直接坐標導(dǎo)引技 術(shù) （ Coordinate Guidance) 使用 定位 板塊 把 AGV 小車 運行 的 范圍 區(qū)分 為多個 小 范圍 ， 對 每一個 小 范圍 的計數(shù) 工作 進行牽引 ， 通常 是 光電式（ 把 每個 小 范圍 劃分為兩類 顏色， 使用光電 設(shè)備 計件 ） 與 電磁式（ 把 每個 小 范圍 使用 金屬塊 劃分開 ， 使用 電磁感應(yīng) 設(shè)備計件 ）兩類 模式， 優(yōu)勢在于路線 更改 方便 ， 牽引 安全性很好，對 周圍 環(huán)境 要求不高 [11]。缺點 在于路面 檢測 、 配置 等處理工作眾多 ， 牽引作業(yè) 的 準確性 與 精度 不高 ， 此外 ，不能在條件 差的路面 中 工作 。 （ 2） 電 磁導(dǎo)引 (Electromagic Guidance) 電磁導(dǎo)引 目前 在 很多 體系中 都有廣泛 的應(yīng)用 ，它 的基本工作 原理是 將 金屬線預(yù)先 安裝 到 AGV 小車 前進 的 路線中 ， 與此同時 ， 負載牽引 頻率 到 金屬線 中 ， 使用辨別 牽引 頻率 進而 完成 對 AGV 的 牽引工作 。其 優(yōu)勢在于牽引 模式較為隱蔽，不 容易 被 破壞 ， 牽引 工作 原理 對比 來說，較為簡單 安全 ，控制 管理 與 數(shù)據(jù) 通信及時有湖 北 工 業(yè) 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 10 效 ，對聲光 等 外界的 干擾可以不計 ， 投資 費用 少 。缺點 在于調(diào)整運行 路線 麻煩 ，施工復(fù)雜 難度大 。 （ 3） 磁帶 導(dǎo)引 (Magic Tape Guidance) 與 電磁導(dǎo)引 十分 類似 ， 在路面 貼磁帶 取代將 金屬線 安裝 在 行進 路線 的 下方 ，使用 磁感應(yīng) 原理 實現(xiàn) 導(dǎo)引 工作 ， 它具有 良好 的 靈活性 和 穩(wěn)定性， 調(diào)整 已經(jīng) 延展路線十分簡單 ，磁帶 安裝 迅速 而且效果好 ， 但是 本方法 對 路線四周 的金屬 物 的干擾較為 敏感 ， 同時 對磁帶的 物理破壞十分 敏感， 所以 這項 牽引 模式 最大的問題 就是受外界 環(huán)境 影響 比較大 [12]。 （ 4） 光學(xué) 導(dǎo)引 (Optical Guidance) 指的是 使用 預(yù)先 涂抹 油漆 或者 貼 色帶在 AGV 運行的路線 上 ， 根據(jù) 對 錄像 機 保存 的 圖像 信息展開 運算 處理 進而 完成 牽引工作 ，其 優(yōu)勢在于 靈活性 、 可操作性對比來說好很多， 路面 軌跡 設(shè)定簡單而且 操作 方便 ， 該項牽引 模式 對 色帶的 破壞 與設(shè)備老舊十分 敏感 ， 同時 對 周圍 環(huán)境 條件 要求 比較高 ， 而且工 作 準確性與 可 靠性不高 ， 難以完成準確 定位 的 工作要求 [13]。 （ 5） 激光 導(dǎo)引 (Laser Guidance) 激光導(dǎo)引 ， 指的是 將 激光 控制 板 安置 到 AGV 工作 路線 的 周圍 ， AGV 小車 使用發(fā)射 出 激光束， 同時 接收 控制 板反射 的激光束， 從而 準確定位 AGV 小車 的 行駛 位置， 之后 使用 一系列 的 數(shù)據(jù) 計算 來 實現(xiàn) 對 AGV 小車 的牽引 。 本項牽引 模式 的 優(yōu)勢在于 ， AGV 定位 效果好 ， 路線 周圍 沒有 其他定位 設(shè)備 ， 運行 路線 多樣 ， 可以使用在各種 的 實際 工作條件下 。 它是目前 外國大部分 AGV 生產(chǎn)廠家優(yōu)先 選擇 的先進導(dǎo)引方式，但 是由于 核心技術(shù) 掌握在個別少數(shù)公司的手里 ，我 國還沒有 這方面 完整的民用技術(shù) [14]。 （ 6） 慣性導(dǎo)引 (Interial Guidance) 慣性導(dǎo)航 ， 指的是把 陀螺儀 裝配到 AGV 小車中 ， 將 定位 設(shè)備 安置 都工作 區(qū)的路面 上， AGV基本上 是 通過 運算陀螺儀 收集到的數(shù)據(jù) 信號 來 定位 自身的 方位 和 朝向 ， 進而完成 導(dǎo)引 。 這項 技術(shù) 手段最早被 應(yīng)用在軍方，其 基本 特征 就 是 技術(shù) 手段較為成熟 ， 導(dǎo)航 精度 很好 ， 適應(yīng)性 很 強， 重組 與 容和 都十分簡單， 在 多個領(lǐng)域都被 廣泛 應(yīng)用 ， 歐美 很多 的 AGV 制造 廠商 都 開始 使用該項牽引 模式 。 它的 最大 問題就 是 前期 生產(chǎn) 費 高， 而且 其 工作 的 準確性 與 安全 性 都是 由 陀螺儀的 生產(chǎn)質(zhì)量和 工作 時間 直接 影響 的 [15]。 （ 7） 圖像識別導(dǎo)引 (Image Recognition Guide) 對 AGV 小車工作 的 實際 條件 進行實時記錄 和辨別， 完成 AGV小車的 自動 運行工作 ， 這項 牽引方式 具有 一定的 發(fā)展實力 ， 截至目前 ，本 項 工作 方式已經(jīng)被 幾個歐美 發(fā)達 國家 采取 了 軍方 壟斷 ， 將本項 技術(shù) 手段使用在 民用 設(shè)備中 還 依然 停留在湖 北 工 業(yè) 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 11 研究 階段 ， 至今 ，使用 該項 導(dǎo)航 手段 的 民用 性 AGV 還 沒有推出 [16]。 （ 8） GPS（全球定位系統(tǒng) ） 導(dǎo) 引 (GPS(Global Positioning System) Navigation) 對于 非固定 道路 體系 里 的 操控 對象 ， 通常 都是在追蹤 與 制導(dǎo) 的時候 使用 衛(wèi)星來實現(xiàn) 的 ， 就目前情況來看 ， 這項 技術(shù) 手段 還不夠成熟，需要 進一步 完善 改進 ，一般 都是 用 在 戶外 遠距離的 追蹤與 制導(dǎo)，其 準確性是由 衛(wèi)星在 高空中 的 準確性與數(shù)目 決定的 ， 以及控制對象周 邊的 環(huán)境等因素 。 對全球 多個 AGV 企業(yè)的主要 AGV 產(chǎn)品所使用的牽引 方式 的調(diào)研 數(shù)據(jù) 結(jié)果 可知，電磁感應(yīng)牽引、慣性牽引、光學(xué)檢測牽引、地點預(yù)定 牽引 、檢測牽引依次所占據(jù) 的比重 是 %、 %、 %、 %與 %。 電磁感應(yīng)牽引 方式 的使用最為廣泛 ，這表明 電 磁感應(yīng)方面 的專業(yè)手段 已經(jīng)十分成熟。但是 設(shè)備視覺牽引 方式 的 使用 不是 很多 ， 這 表明 該項牽引技術(shù)有待 進一步的 研究 。 另外，我國自主導(dǎo)引技術(shù)仍然處在科研攻堅階段，還有許多技術(shù)問題急需解決 [17]。 牽引方式 是 AGV 的“眼睛”，因此 ， 根據(jù) 上文中的論證 ， 筆者 總結(jié) 出 多種 常見的引導(dǎo)模式的特點 ，如 下 表 所示。 表 幾種常用 的 導(dǎo)引模式 對比 導(dǎo)引 模式 投入 費用 檢修 費用 靈活 度 抗干擾 準確性 成熟度 調(diào)整 地圖 電磁導(dǎo)引 高 低 無 差 低 成熟 困難 磁帶導(dǎo)引 高 中 無 中 低 成熟 困難 光學(xué)導(dǎo)引 低 高 高 中 低 成熟 困難 激光導(dǎo)引 高 低 高 高 高 成熟 容易 慣性 導(dǎo)引 高 低 高 高 高 成熟 容易 視覺 導(dǎo)引 低 低 高 差 低 不成熟 容易 GPS 導(dǎo)引 低 低 高 差 中 成熟 容易 導(dǎo)引技術(shù)的不斷進步、發(fā)展，更多的 AGV小車也開始把多傳感器信息融合技術(shù)和復(fù)合導(dǎo)引技術(shù)引入。在未來， GPS 導(dǎo)引，視覺導(dǎo)引，激光導(dǎo)引和復(fù)合導(dǎo)引技術(shù)將是 AGV 導(dǎo)引下一步科研的重點和應(yīng)用的寵兒。 針對本文中 的 項目使用電磁牽引 模式 。 本文根據(jù)成本，性價比，技術(shù)成熟度等方面的考慮，決定選用電磁導(dǎo)引方式。 湖 北 工 業(yè) 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 12 AGV 的定位技術(shù) AGV理論 的 關(guān)鍵就是 定位 和 導(dǎo)航， 這也是 AGV技術(shù) 手段 不斷發(fā)展 前進 的 推動力 。 定位是即通過定位傳感器來感知信息，再結(jié)合有效的算法，估算出裝置在現(xiàn)場布局中的位姿。具體來說就是可以控制 AGV在路徑中的位置，定位是 AGV導(dǎo)航中最基本的環(huán)節(jié)，只有準確掌握 AGV 的實時位置信息，才能在分配任務(wù)時做出最優(yōu)方案 [18]。 根據(jù) 感應(yīng)設(shè)備 可以接收 到的 數(shù)據(jù) 類別， 主要有地標 定位、 經(jīng)緯定位 以及全球 定位等。 在 地標 定位中， RFID 定位 、 視覺定位和激光定位是較為常見的、比較先進的技術(shù) ； 經(jīng)緯 定位 中 具備 十分獨立完善 的定位 作用 ，但是 必須定期對 累積 附加 的 各種 定位 誤差 展開 修 正 工作 ， 從而保證 之后定位的 精確 性； 全球 定位精度高、地面監(jiān)控系統(tǒng)龐大，但信號非常弱，受空間、氣候、環(huán)境影響大，且昂貴。 AGV 的導(dǎo)引 AGV 的導(dǎo)引工作 是 按照 AGV 定位所獲得 的 具體位置數(shù)據(jù)，根據(jù) GV 的方式所供應(yīng)的理論 值 推算 出 AGV 的具體 值，也就是 推算出 AGV 必須的 轉(zhuǎn)速 與轉(zhuǎn)動角，這也是 AGV 操控手段 的 核心 [19]。 AGV 的導(dǎo)引控制就是 AGV軌跡跟蹤。 這對與電磁以及 磁帶等 有線式導(dǎo)引來說 ，沒有 很多 的 沖突問題，但是 對于 激光以及 慣性等 無線式引導(dǎo) 來說， 卻是困難 重重的 。 圖 AGV 運行的路徑軌跡 湖 北 工 業(yè) 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 13 AGV 的路線 計劃 是按照 AGV 工作的具體 條件 制定 出 AGV工作的道路 示意 圖 AGV 工作的道路軌跡 ， AGV設(shè)備 根據(jù) 地面操控 體系 指示的道路 是一種 自動 運行 模式 [20]。 AGV 的牽引操控模式就是處理段表指示 之 后 AGV的參照 點 ， 怎樣 沿著固定 路線 運行，通常要求完成直線式 或者 曲線 式的牽引 操控 。針對不同運行 模式的 AGV，因為它的理論模型不一致，與之對應(yīng)的牽引 操控運算 方法也是不一致 的。這里簡單討論 SD（ Steer Driving）型 AGV 的導(dǎo)引算法 :操控 目的 就是 AGV 的參照點，主要 在于令 AGV 可以順利地按照 規(guī)定好 的 路線運行 。對于 SD類型的 AGV分析，能夠 操控 的僅有 AGV 輪軸的轉(zhuǎn)速與角度，使用模型分析 ：參照點的行動 路線 僅 與 前輪的旋轉(zhuǎn) 角度 有關(guān)系，因此，想要 完成 對參照點路線 定位 的操控，本質(zhì)上就是 實現(xiàn)對前輪旋轉(zhuǎn) 角度 的監(jiān)控。在實際的設(shè)計思路 里 ，使用 一類 “定位牽引模式 ”，也就是 在 AGV 的行動 路線 上 的 參照點，一直監(jiān)控路線上的模擬 控制 點，上述的 模擬控制 點 AGV 永遠趕超不了，但又一直 位于 AGV 前方不遠的位置 ； AGV行進的方向一直 朝向 模擬 控制 點，使用 上述 規(guī)律性的調(diào)整 工作 ，就能夠令 AGV小車按照規(guī)定 的路線 向前行駛 ，并且產(chǎn)生很小的誤差 [21]。 AGV 適用性 AGV 應(yīng)用范圍廣泛，大致可以分為物料搬運，柔性裝配線、加工線，特殊場合使用等幾個方面。 物料搬運 在當(dāng)代物料搬運的時候，在 搬用 工人和運輸設(shè)備的總費用與運用 AGV小車 的費用 大體 相同或者 更少的時候 ， AGV的 社會 認同 程度 就會 逐漸的提高