自动导引小车的导引方式及应用现状探析

自动导引小车的导引方式及应用现状探析

高志伟

高志伟

（太原航空仪表有限公司030006）

摘要：本文介绍了了自动导引小车的基本概念、组成及其它的发展简史和应用现状和前景，并分析目前自动导引小车的主要引导方式、关键技术，并在此基础上对自动导引小车的应用现状进行了探析。

关键词：自动导引小车；导引方式；应用现状

1.自动导引小车（AGV）的定义及特点

根据美国物流协会定义，AGV是指装备有电磁或光学自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有小车编程与停车选择装置、安全保护以及各种移载功能的运输小车。AGV是以电池为动力、装有非接触导向装置，独立寻址系统的无人驾驶自动运输车。AGV是自动导引车系统，它由若干辆沿导引路径行驶，独立运行的AGV组成。AGV在计算机的交通管制下有条不紊地运行，并通过物流系统软件而集成于整个工厂的生产监控与管理系统中。

应用AGV具有很多特点:

(1)AGV可十分方便地与其它物流系统实现自动连接，如AS/RS(通过出从库台)、各种缓冲站、升降机和机器人等；实现在工作站之间对物料进行跟踪;对输送进行确认；按计划输送物料并有执行检查记录:与生产线和库存管理系统进行在线连接以向工厂管理系统提供实时信息。

(2)采用AGV由于人工检取与堆置物料的劳动力减少，操作人员无需为跟踪物料而进行大量的报表土作，因而显著提高劳动生产率。另外，非直接劳动力如物料仓库会计员、发料员以及运货车调度员的工作的减少甚至完全取消又进一步减低了成本。

(3)AGV运输物料时，很少有产品或生产设备的损坏，这是因为AGV按固定路径行驶，不易与加工设备和其他障碍物碰撞。

(4)绝大多数AGV的使用者均证明，2到3年从经济上均能收回AGV的投资成本。

(5)AGV通过安装在地面之下的电缆或其他不构成障碍的地面导引物，其通道必要时可作其他用处。

(6)系统具有极高的可靠性。AG由若干台小车组成，当一台小车需要维修时，其它小车的生产率不受影响并保持高度的系统可利用性。

(7)节约能源与保护环境。AGV的充电和驱动系统耗能少，能量利用率高，噪音极低对制造和仓储环境没有不良影响。

2.AGV的导引方式

AGV按照不同的导引方式可以划分为:激光导引，电磁导引，磁条导引，惯性导引，GPS导引等。

(1)激光导引

在AGV行驶路径周围预先垂直设置好一系列反光板，AGV上装的激光扫描器不断扫描周围环境，当扫描到反光板时，扫描器就能感知。只要扫描到三个以上的反光板，就可以根据反光板的坐标值以及各反光板的法线和纵向轴的夹角，由控制器计算出AGV当前的全局坐标系中的坐标，以及行驶方向与X轴的夹角，达到准确定位和定向。

该种方式的优点是投入使用简单，容易扩充，灵活性好，并且提供了任意路径规划的可能性，适用于室内外场地，不受气候的影响。

激光导引原理：

1.AGV的初始位置计算

AGV小车停止不动；激光扫描器至少可测得4条光束，即至少“看到”4条反射板；已知所有反射板的精确位置（X,Y）。

2.AGV的连续位置计算

根据运动模型估算小车的当前位置；根据估算的新位置关联反射板；根据关联的反射板修正自身位置，据此修正AGV下一步动作。

(2)电磁导引

在AGV要行驶的路线地而之下，预先理设好导引线。当给导引线通以一定频率的交流电流后，在导引线周围产生交变电磁场。AGV上的探测线圈就能够检测此电磁场并使AGV沿着导引线方向运动。当探测线圈偏离导引线时，两个线圈中的感应电压就有差异，车载控制系统就能根据电压差驱动转向电机，使AGV回到正确的路径上。

(3)磁条导引

这种方式和电磁导引比较类似，只是把导引线换成磁条，在两个探测线圈之外多加了个激励线圈。因为磁条的磁场是不变的，探测线圈中不能自动感应出电压。

(4)惯性导航

AGV上装有陀螺仪，小车在行驶时有个基准方位，用陀螺仪测量加速度，并将陀螺仪的坐标值和加速度换算成AGV当前的坐标和方向，将它们和规定的路线相比较。当AGV偏离规定路径时，测得的加速度值和规定值就有一个矢量差，对这个差进行二次积分就能得到偏差值，并作为纠正小车行驶方向的依据。

(5)GPS(全球定位系统)导航

通过卫星对非固定路面系统中的控制对象进行跟踪和导航，目前此项技术还在发展和完善，通常用于室外远距离的跟踪和导航，其精度取决于卫星在空中的定点水平及控制对象周围环境等因索。

3.自动导引小车的应用现状

由于AGV具有机能集中、地上系统简单、施工和系统构成容易等优点，因此，广泛地应用在机械加工、汽车制造、港口货运、电子产品装配、造纸、发电厂、电子行业的超净车间等诸多行业。其运行速度可达到百米/分钟，运输能力可以从几千克到儿十吨。AGV是一种非常有前途的物流输送设备，尤其在柔性制造系统(FMS)和柔性装配系统(FAS)中被认为是最有效的物料运输设备。

随着电子和控制技术的发展，AGV的技术也在不断进步，正在朝着性能更优越、更廉价、自由度更高、超大型化和微型化方向发展。其应用领域也在不断扩展。这种十几年前只是用作工厂内的物流输送设各，现在己经不仅仅局限于工厂之内，成功地应用到办公室、饭店、医院和超级市场等诸多部门，并且取得了很好的效果。

AGV的应用领域主要在制造业，在重型机械及部分非制造业中也有应用。AGV在制造业中主要用于物料分发、装配和加工制造二个方面[411。其中装配作业中AGV用量最大，而汽车工业又是AGV的应用大户。美国通用汽车公司90%的AGV用于汽车装配线，西欧各国用于汽车装配的AGV占整个AGV数量的57Yo。物料分发主要是指生产工序间的物料移送和仓库作业中的物料移送。随着电子工业的进一步发展，电子工业中AGV的使用极具市场潜力。其原因在于消费者需求的变化日益加快，生产系统必须适应市场的变化要求，其中FMS(柔性制造系统)即为以灵活的生产方式适应市场变化的制造方式，对于FMS来说，各加工单元之间的中(小)批量元器件的送发效率要求极高，而AGV能提供柔性最好的输送，AGV可以很方便地对AGV的输送工艺路线进行编程，使之按要求的路

径和方式到达装配线的指定位置。在净化室中，AGV更可大显身手，它可满足净化要求极高的操作。

在重型机械行业中，AGV主要用来运送模具和原材料(如成卷带钢等)。因而AGV要求承载量人，通常为2.22-4.5t,最大者可达6.3t。配备了功率较大的移藏装置也是这类AGV的特点。在AGV上配备大型机器人用以对大型金属构件进行喷漆(如机骨架的喷漆)是AGV在大型行业中的应用之一

在非制造业中，AGV的应用越来越普遍。现代化的庆院安装AGV系统，把取样从门诊部自动运送到中央化验室;把药物、医疗用品、食品、衣着用品从中央物料管理中心输送到医院的各个部门。邮政部门也广泛采用AGV，如将邮件进台区的邮件输送到处理区，将处理区的邮件输送到邮件出台区。为了加大运输量，使用了牵引式AGV系统，一次可以牵引多台邮件车。大型的办公大楼也开始安装AGV系统，用以运送邮件、电文和包裹到各个分区部门。宾馆采用AGV把食品从厨房运送到客房。AGV也可作为机器人的“脚”，使机器人可在更大范围内自动完成作业，如在AGV上配各机器人用于光整水泥地面。在具有核辐射危险的地方，常使用AGV机器人用于核材料的搬运。