應(yīng)用TRIZ 論 決激光定位型自動導(dǎo)引車 復(fù)定位偏 過大問題

文/牛海頤

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

AGV具有自動化程度高、安全、靈活等特點，可廣泛應(yīng)用于柔性系統(tǒng)的各個運輸搬運環(huán)節(jié)，按照系統(tǒng)指令自動存放、搬運各類半成品、成品零部件到規(guī)定的位置，從而實現(xiàn)數(shù)字化車間物料的自動搬運，是柔性制造生產(chǎn)線和自動化立體倉庫等現(xiàn)代化物流倉儲系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，廣泛應(yīng)用于汽車制造、機(jī)械加工等自動化生產(chǎn)和倉儲系統(tǒng)。

激光導(dǎo)引是目前自動導(dǎo)引車系統(tǒng)中普遍采用的導(dǎo)引方式，根據(jù)它的導(dǎo)引原理，自動導(dǎo)引車在導(dǎo)引區(qū)中可自由行走并精確定位，利用激光雷達(dá)檢測場地中預(yù)置的反光板進(jìn)行定位，自動與柔性生產(chǎn)線、立體倉庫等設(shè)備對接。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)托盤卡死、物料傾毀、損壞對接設(shè)備等后果；優(yōu)化、檢驗重復(fù)定位精度也成為AGV系統(tǒng)調(diào)試階段耗時費力的工作。因此，分析解決激光型自動導(dǎo)引車重復(fù)定位偏差過大問題，可以有效增強(qiáng)系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，提高調(diào)試效率。

一、系統(tǒng)分析

常見的激光型自導(dǎo)引車系統(tǒng)主要由以下部分組成：車體（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）、控制計算機(jī)；與系統(tǒng)相關(guān)的外部組成包括運行場地、操作人員、托盤（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)引車的組成

激光雷達(dá)檢測環(huán)境中各反光板位置，對自身進(jìn)行定位，實時將位置信息提供給自動導(dǎo)引車的車載控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)將該信息與目標(biāo)位置比對，生成對運動執(zhí)行機(jī)構(gòu)及舵輪的控制指令，并通過角度反饋系統(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，由自動導(dǎo)引車自動叉?。贿\行場地支撐自動導(dǎo)引車車體、物料托盤及定位用反光板，當(dāng)場地條件變化會對托盤、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.自動導(dǎo)引車內(nèi)部原因

針對周邊環(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。

針對人工干擾，可以給出的解決方案是：

進(jìn)行規(guī)范要求。

針對激光型自動導(dǎo)引車內(nèi)部原因，可以給出的解決方案是：

矯正出現(xiàn)問題的參數(shù)；彌補(bǔ)設(shè)計時出現(xiàn)的問題。

二、解決方案

1.技術(shù)矛盾

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

在一個子系統(tǒng)中引入一種有用功能，導(dǎo)致另一個子系統(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)以上兩個參數(shù)，查找矛盾矩陣表，得到以下兩個創(chuàng)新發(fā)明原理：分割原理和動態(tài)特性原理。

（1）分割原理

把一個物體分割成相互獨立的，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；而且對編碼器未采取保護(hù)措施，舵輪轉(zhuǎn)向產(chǎn)生的沖擊力，會對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)向帶來的振動，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）動態(tài)特性原理（動態(tài)法）

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

利用技術(shù)矛盾中的動態(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，消除由于安裝過緊產(chǎn)生的有害徑向力，自動補(bǔ)償磨損造成的齒輪間隙，保證角度反饋系統(tǒng)與舵輪同步動轉(zhuǎn)。

2.物理矛盾

物理矛盾含義是指一個技術(shù)系統(tǒng)中，由表述系統(tǒng)性能的同一個參數(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：運動物體能量消耗既要大，以達(dá)到驅(qū)動目的；又要小，以優(yōu)化整機(jī)。物理矛盾分別有四個分離原理，分別是：（1）空間分離；（2）時間分離；（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：把一個物體嵌入第二個物體，然后將這兩個物體再嵌入第三個物體：讓某物體穿過另一個空腔。

舵輪傳遞到角度反饋編碼器的位置不準(zhǔn)確或不正確，編碼器長期被動運轉(zhuǎn)將導(dǎo)致位置編移，糾其根本是結(jié)構(gòu)設(shè)計問題。

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)，提高自動導(dǎo)引車反饋數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，降低安裝調(diào)試難度，減少人員安裝調(diào)試時間，并延長了自動導(dǎo)引車關(guān)鍵部位的使用壽命，降低維修成本以及因自動導(dǎo)引車非正常定位造成生產(chǎn)事故的幾率。