【文章內(nèi)容簡介】 ........................................................36表 測試項目表 .......................................................................................................................53表 自動導引車運行速度測試表 ............................................................................................53表 自動導引車負載測試記錄表 ...........................................................................................55南京航空航天大學碩士學位論文 1第一章 緒論 引言自動導引車是指裝備有電磁或光學導引裝置，能夠按照規(guī)定的導引路線行駛，具有小車運行和停車裝置、安全保護裝置以及具有各種移載功能的運輸小車。自動導引車只有按物料搬運作業(yè)自動化、柔性化和準時化的要求，在中央控制計算機的管理下協(xié)調工作，并同其他物流設備實現(xiàn)高度集成，具備相當?shù)娜嵝裕彝ㄟ^車載計算機和網(wǎng)上主機與其他設備通訊，構成自動導引車系統(tǒng)，才能真正發(fā)揮作用。自動導引車是高技術密集型項目，作為移動式自動導引車的一個分支，它集人工智能、信息處理和圖像處理于一體，綜合了當今科技領域先進的理論和應用技術，已經(jīng)在自動化搬運系統(tǒng)、物流倉儲系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）和柔性裝配系統(tǒng)（ FAS）中扮演著越來越重要的角色。自動導引車代表了國內(nèi)外運載式自動導引車物流自動化系統(tǒng)技術的新方向、新水平，標志著現(xiàn)代化工業(yè)城市，現(xiàn)代化工業(yè)企業(yè)發(fā)展的新趨勢與新高度。 自動導引車在國內(nèi)外的技術發(fā)展及應用1. 自動導引車國外發(fā)展歷史1953 年，美國制造了世界上第一臺采用埋線電磁感應式的跟蹤路徑自動導向車，也被稱作“無人駕駛牽引車” ，小車跟隨一條鋼絲索導引的路徑行駛，并具有一個以真空管技術為基礎的控制器。1954 年，英國人首先去掉了地面上的導引軌道，采用地板下埋線，組成了以電磁感應引導的簡易自動導引車。1959 年，自動導引車用于倉庫自動化和工廠作業(yè)上，開始在歐洲得到推廣應用。1960 年，人們開始把計算機技術應用到自動導引車系統(tǒng)的管理和控制上，自動導引車系統(tǒng)從自動化倉庫進入到柔性加工系統(tǒng)（FMS ）及生產(chǎn)系統(tǒng)中，從而使自動導引車得到了迅速發(fā)展。雖然自動導引車首先出現(xiàn)于美國，但卻是在歐洲迅速得到發(fā)展和推廣應用，并成為制造和裝配過程中一種流行的物料搬運設備，歐洲各公司統(tǒng)一了托盤的結構和尺寸，使得自動導引車制造廠不需要頻繁地根據(jù)用戶的要求改變自己的產(chǎn)品形式。由于自動導引車的高效和靈活性，使得自動導引車系統(tǒng)在工業(yè)先進國家獲得了廣泛的應用。瑞典于 1969 年首次在物流系統(tǒng)中采用了自動導引車，日本也在 1963 年首次引進一臺自動導引車。20 世紀 70 年代中期，在自動導引車中引入了單元化載荷搬運，擴大了自動導引車的使用范圍，隨機裝置增加了許多功能，如附加工作臺、移載裝置、物流信息接收和轉換以及控制部件等，具有載貨功能的自動導引車得到了迅速發(fā)展和推廣應用，并被引入美國用于自動化倉儲系統(tǒng)和柔性裝配系統(tǒng)的物料運輸。1973 年，瑞典 VOLVO 公司在 KALMAR 轎車廠的裝配線上大量采用自動導引基于 FMS 的自動導引車控制器設計與實現(xiàn)2車進行計算機控制裝配作業(yè)。從 20 世紀 80 年代初開始，自動導引車隨計算機技術發(fā)展而發(fā)展，成本降低，性能先進，普及迅速，形成新的產(chǎn)業(yè)。新的導向方式和技術也得到更廣泛研究和開發(fā)，如電磁感應引導、激光引導、磁鐵陀螺引導等方式，其中以激光引導方式發(fā)展較快，但電磁感應引導和磁鐵陀螺引導方式仍占有較大比例。20 世紀 90 年代以來，自動導引車進入高智能化，數(shù)字化，網(wǎng)絡化，信息化，從僅由大公司應用正向小公司單臺應用轉變，而且其效率和效益更好。到目前為止，全世界已擁有自動導引車系統(tǒng) 15000 多個，約 110000 輛自動導引車[1]。2. 自動導引車國內(nèi)發(fā)展歷史自動導引車在我國的研究及應用起步較晚。20 世紀 70 年代后期，北京起重運輸機械研究所研制的 ZDB1 型自動搬運車是最早的實用型自動導引車；80 年代后期，郵電部設計研究院等單位先后開始對自動導引車進行研究與實踐；北京機械工業(yè)自動化研究所為二汽研制了用于立體化倉庫中的自動導引車；沈陽自動化研究所為金杯汽車公司研制了汽車發(fā)動機裝配用的自動導引車；90 年代，清華大學國家 CIMS 工程中心將從國外引進的自動導引車成功應用于EIMS 的實驗研究；沈陽自動化研究所為沈陽金杯汽車公司總裝線上設計了 9 臺自動導引車自動裝配系統(tǒng)，此后又先后實施多個汽車行業(yè)項目；清華大學計算機技術應用系研制了用于郵政中心的自動導引車；昆明船舶設備研究所在引進國外最先進自動導引車進技術的基礎上，研制了激光導向式自動導引車，先后承擔了數(shù)十個自動導引車系統(tǒng)的設計、安裝；吉林工業(yè)大學為汽車裝配線研制了視覺導向自動導引車等，使自動導引車技術得到迅速發(fā)展。進入二十一世紀，昆船公司自主研發(fā)的自動導引車系統(tǒng)及單機系統(tǒng)在國防科工委，云南省科技廳等相關單位的支持下，獲得了巨大成功，其性能指標已達到國內(nèi)先進水平，并可支持各種導引方式 [20]。3. 自動導引車應用領域隨著科學技術的突飛猛進和經(jīng)濟的全球化，現(xiàn)代物流已應用于世界各國經(jīng)濟生活的各個領域，自動化物流系統(tǒng)已成為現(xiàn)代化工廠不可缺少的重要部分，隨著倉儲、運輸、分揀、配送等的技術水平、自動化水平及系統(tǒng)化水平不斷提高，應用前景也越來越寬廣，自動化物流技術和成套設備的開發(fā)研制已經(jīng)發(fā)展成了一個龐大的產(chǎn)業(yè)。中等批量的生產(chǎn)車間里，零件在機床上的時間僅占生產(chǎn)時間的 5%，而 95%的時間消耗在原材料、工具、零件的搬運、等待上，據(jù)統(tǒng)計，搬運費用占總生產(chǎn)費用的 30%～40% 。自動導引車是一種用電池供電、無人駕駛的工業(yè)貨車，可以通過編程進行路徑選擇和定位，通常與其他自動化系統(tǒng)集成起來使用（如 CNC 機床、工業(yè)自動導引車） ，從而獲得集成、柔性自動化的綜合效益。作為物流的主要組成部分，與傳統(tǒng)的剛性輸送系統(tǒng)相比，自動導引小車系統(tǒng)有以下幾方面的優(yōu)勢：（1）采用自動導引車能夠科學地組織作業(yè)流水線，并可以根據(jù)業(yè)務量等情況變化隨時調整輸送路線，比剛性輸送系統(tǒng)具有更大的靈活性。南京航空航天大學碩士學位論文 3（2）靈巧的無人駕駛地面搬運車取代了笨重的傳送帶、傳送鏈等，無需在地面上設置復雜的鋼結構，可大大改善現(xiàn)場的作業(yè)環(huán)境。（3）具有投資少、運行費用低、經(jīng)濟效益高的特點。（4）自動導引車是用計算機控制的自動化輸送系統(tǒng)，使物流中心實現(xiàn)高度自動化的計算機管理成為可能。（5）噪聲小，無環(huán)境污染。目前，工業(yè)級自動導引車在煙草、印鈔、汽車、新聞紙等行業(yè)已有大規(guī)模應用，呈日益上升的勢頭，并突破傳統(tǒng)行業(yè)，出現(xiàn)了一些新的技術和行業(yè)應用趨勢，以下是其主要應用領域：（1）倉儲業(yè)：倉儲業(yè)是自動導引車最早的應用場所，1954 年，世界上首臺自動導引車在美國 South Carolina 州的 Mercury Motor Freight 公司倉庫投入運營，用于實現(xiàn)出入庫貨物的自動搬運。目前世界上約有 2 萬臺各種各樣的自動導引車運行在 2100 座大大小小的倉庫中。海爾集團于 2022 年投產(chǎn)運行立體倉庫，9 臺自動導引車組成了一個柔性庫內(nèi)自動搬運系統(tǒng)，成功地完成每天 23400 件出入庫貨物和零部件的搬運任務。（2）制造業(yè)：自動導引車在制造業(yè)的生產(chǎn)線上大顯身手，高效、準確、靈活的完成物料的搬運任務，并且可由多臺自動導引車組成柔性物流搬運系統(tǒng)，托運路線可以隨生產(chǎn)工藝流程的調整而及時調整，使一條生產(chǎn)線可制造十幾種產(chǎn)品，大大提高生產(chǎn)的柔性和企業(yè)的競爭力。1974 年，瑞典的 Volvo Kalmar 轎車裝配廠為了提高運輸系統(tǒng)的靈活性，轎車自動裝配線采用自動導引車為載運工具，裝配時間減少了 20%，裝配故障減少了 39%，投資回收時間減少了57%，勞動力減少了 5%。目前，自動導引車在世界的主要汽車廠，如通用 、豐田、大眾等的制造和裝配線上得到了普遍應用。近年來，作為 CIMS 的基礎搬運工具，自動導引車的應用深入到機械加工、家電生產(chǎn)、微電子制造、卷煙等多個行業(yè)，生產(chǎn)加工領域成為自動導引車應用最廣泛的領域。（3）郵局、圖書館、港口碼頭、機場：在郵局、圖書館、港口碼頭、機場等場合，物品的運送存在著作業(yè)變化量大、動態(tài)性強、作業(yè)流程經(jīng)常調整以及搬運作業(yè)過程單一等特點，自動導引車的并行作業(yè)、自動化、智能化和柔性化等特性能夠很好地滿足上述場合的搬運要求。瑞典于 1983 年在大斯德哥爾摩郵局，中國于 1990 年在上海郵政樞紐開始使用自動導引車完成郵品的搬運工作。在荷蘭特丹港口，50 輛稱為“yard tractors”的自動導引車完成從船邊運送集裝箱到幾百碼以外倉庫這一重復性工作。（4）煙草、醫(yī)藥、食品、化工：對于搬運作業(yè)有清潔、安全、無排放污染等特殊要求的煙草、食品、化工等行業(yè)中，自動導引車的應用也受到重視。在卷煙行業(yè)中，如青島頤中集團、紅塔集團、紅河卷煙廠等，應用激光引導式自動導引車完成托盤貨物的搬運工作?；?FMS 的自動導引車控制器設計與實現(xiàn)4（5）危險場所和特種作業(yè)：在軍事上，以自動導引車自動駕駛為基礎集成其他探測和拆卸設備，可用于戰(zhàn)場排雷和陣地偵查，英國軍方正在研制的 Minder Recce 是一輛具有地雷探測、銷毀和航路驗證能力的自動型偵查車。在鋼鐵廠，自動導引車用于爐料運送，減輕工人的勞動強度。在核電站和利用核輻射進行保鮮儲存的場所，自動導引車用于物品的運送，避免了輻射危險。在膠卷和膠片倉庫，自動導引車可以在黑暗的環(huán)境中準確可靠的運送物料和半成品[22]。隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，自動導引車技術日臻完美，可以預測，未來的幾年，因為巨大的經(jīng)濟和社會效益，自動導引車的應用范圍和形式會進一步拓寬擴大。4. 自動導引車研究現(xiàn)狀客觀地說，自動導引車系統(tǒng)的應用領域相當廣闊，幾乎只要有貨物需要連續(xù)或重復運輸?shù)墓S、車間、倉庫等都可以使用自動導引車系統(tǒng)。而目前國內(nèi)自動導引車系統(tǒng)應用與發(fā)達國家（歐美、日本）相比還存在巨大的差距，應用的局限性主要在于：國內(nèi)相當多的潛在用戶對自動導引車系統(tǒng)不了解，不知道自動導引車是什么，能做什么，以及使用自動導引車有什么好處等。就目前來說，進口自動導引車系統(tǒng)的價格比較昂貴，雖然現(xiàn)在國產(chǎn)自動導引車系統(tǒng)的價格比進口產(chǎn)品降低了很多，但在勞動力非常廉價的中國市場，很多中小企業(yè)仍然難以接受。目前，一些發(fā)達國家對自動導引車的研究趨于單機智能化，即自動導引車系統(tǒng)無固定的行駛路徑，在導引技術上，結合了地理信息系統(tǒng)（GIS）及全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）技術，自動導引車能夠對自己行駛區(qū)域的周圍環(huán)境進行圖像識別，實現(xiàn)智能行駛。這是一種具有巨大潛力的導引技術，但將其應用到自動導引車上還只停留在研究中，目前還未出現(xiàn)采用此類技術的實用型自動導引車。但可以想象，圖像識別技術與激光導引技術相結合將會為自動化工程提供意想不到的可能，如導引的精確性和可靠性，行駛的安全性，智能化的記憶識別等都將更加完美。在控制技術上，自動導引車將更加智能化，柔性化，數(shù)字化，網(wǎng)絡化和信息化。自動導引車的控制模式將不再是單一的集中控制管理，而是將大多數(shù)管理功能直接下放到自動導引車車載控制系統(tǒng)，單機之間實現(xiàn)相互通信交流，其優(yōu)越性具體表現(xiàn)在路徑選擇及交通管理方面，將現(xiàn)代控制理論（模糊控制）與古典理論（圖論、拓撲）有機地結合起來，可確保自動導引車系統(tǒng)的高效運行。 自動導引車的導引方式最早期的自動導引車是鋪軌式的，車體在預設的鐵軌上行駛，利用通信設備控制它的行駛或停止，并沒有涉及到傳感器。隨著傳感器技術的飛速發(fā)展，各種各樣的傳感器被使用在自動導引車中，自動導引車利用傳感器感知周圍事物的信息，控制機車的運動，從而實現(xiàn)真正意義上的自動導引。按照導引原理的不同，分為外導式和自導式兩大類型。南京航空航天大學碩士學位論文 51. 自動導引車固定路徑導引外導式（固定路徑導引）：是指在運行路線上設置導向信息媒介，如導線、色帶等，由于車上的導向傳感器檢測接收到導向信息（如頻率、磁場強度、光強度等） ，再將此信息經(jīng)實時處理后用以控制車輛沿運行線路正確地運行，如電磁導引、光學導引、磁帶導引等。圖 是電磁導引的工作原理，它一般是在地面上沿預先設定的行駛路徑埋設導向電線1，通以 3～10KHz 的低壓、低頻信號，該交流電信號沿電線周圍產(chǎn)生磁場，自動導引車上裝設的信號檢測器 3 可以檢測到磁場的強弱，并通過檢測回路以電壓形式表示出來。當導向輪 2偏離導向電線后，則信號檢測器測出電壓差信號，信號通過放大器 4 放大后控制導向電機 5 工作，然后導向電機再通過減速器 6 控制導向輪回位，這樣，就會使自動導引車的導向輪始終跟蹤預定的導引路徑。自動導引車的自動控制系統(tǒng)根據(jù)這種偏差來控制車輛