基于工程領(lǐng)域下AGV技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展

摘 要：近年來，由于中國(guó)人口紅利的不斷下降，企業(yè)的人力成本逐年增加，此時(shí)，AGV因其綠色節(jié)能、穩(wěn)定可靠、自動(dòng)化程度高等性能則被廣泛運(yùn)用在各大領(lǐng)域當(dāng)中，甚至智慧物流、消防救援、軍工設(shè)備、醫(yī)用服務(wù)、探索太空、海底建設(shè)、大型表演等特殊領(lǐng)域。本文旨在就AGV在工程領(lǐng)域下的實(shí)際應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行簡(jiǎn)要探究。

關(guān)鍵詞： 智能糾偏;PID控制;自動(dòng)化;智慧物流

【Abstract】 In recent years， due to the continuous decline of Chinese dividends， the labor costs of enterprises increased year by year， at this time， because of its green energy saving， stability and reliability， high degree of automation performance， AGV is widely used in the major industrial engineering fields， even such areas as intelligent logistics， fire and rescue， military equipment， medical services， exploration of space， submarine construction and artistic performance. The purpose of this paper is to make a brief study of the practical application and development of AGV in the field of engineering areas.

【Key words】 ?intelligent correction; PID control; automation; smart logistics

1 AGV的概念及分類

自動(dòng)導(dǎo)航運(yùn)輸車（Automated Guided Vehicle，AGV）是一種無人操作的智能化自動(dòng)搬運(yùn)的設(shè)備，能夠基于PID控制算法沿著預(yù)先規(guī)定的設(shè)置路線進(jìn)行智能糾偏行駛，具有搬運(yùn)、裝配、分揀等功能，是制造業(yè)生產(chǎn)，柔性管理的重要輔助設(shè)備。不同領(lǐng)域的AGV的分類有很多，對(duì)此可做闡釋分述如下。

（1）根據(jù)小車的車輪數(shù)量，大致可以分為：兩輪、三輪、四輪、六輪、驅(qū)動(dòng)輪配合轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)（萬向輪結(jié)構(gòu)）、驅(qū)動(dòng)輪配合從動(dòng)、制動(dòng)機(jī)構(gòu)。

（2）按照AGV的牽引方式，大致可以分為：光學(xué)式、磁條式、超聲波式、激光式、電磁式、圖像識(shí)別和慣性式等。其中，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中小型企業(yè)多采用磁條和圖像導(dǎo)引方式的AGV。

（3）按照應(yīng)用功能，大致可以分為：運(yùn)輸式、裝配式、分揀式、重載式、巡檢式、教學(xué)展示和藝術(shù)表演式等等。其中，運(yùn)輸與裝配式AGV主要應(yīng)用在工程管理領(lǐng)域。

（4）按照運(yùn)動(dòng)工作過程中自由度的性質(zhì)，大致分為兩大類：差速輪式AGV（見圖1）與全方位移動(dòng)（麥克納姆輪式）AGV（見圖2）。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)多采用差速輪AGV。

2 國(guó)外應(yīng)用研究現(xiàn)狀

世界上最早的一輛AGV誕生于1953年美國(guó)Basrrett電子公司，這是由一輛牽引式拖拉機(jī)改造而成的，采用電磁導(dǎo)引方式，沿著預(yù)置在空中的導(dǎo)線運(yùn)輸貨物。

1969年，瑞典首次在制造業(yè)工程中采用了AGV進(jìn)行裝配與運(yùn)輸，到1985年為止在瑞典共有1 250臺(tái)AGV運(yùn)行在75個(gè)AGV系統(tǒng)中;1963年，日本引進(jìn)了第一臺(tái)AGV，十余年之后日本以每年數(shù)十個(gè)AGV系統(tǒng)的量級(jí)向上持續(xù)增長(zhǎng)，目前已有住友重機(jī)、平田電機(jī)、神鋼電機(jī)等二十余個(gè)生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的不同種類的AGV。從20世紀(jì)90年代國(guó)際上的學(xué)者開始將視覺導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用于AGV中。美國(guó)普渡大學(xué)研發(fā)出基于視覺導(dǎo)航的AGV，通過雙目視覺傳感器來獲取環(huán)境的三維信息，結(jié)合超聲波傳感器或者激光掃描儀等來實(shí)現(xiàn)安全避障、精確定位等多種功能?？突仿〈髮W(xué)也研發(fā)了多種視覺系統(tǒng)，其中RALPH系統(tǒng)獲得了較大成功，并得到了廣泛應(yīng)用。2004年1月10日，美國(guó)火星探測(cè)器小車“勇氣號(hào)”在世界矚目下成功著陸在火星的表面。與此同時(shí)和“勇氣號(hào)”同為雙胞胎兄弟的另外一輛“機(jī)遇號(hào)”火星探測(cè)器小車在2004年1月25日也成功登陸火星表面。探索地球之外的生命之源，標(biāo)志著人類應(yīng)用AGV的技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)新的高度。目前，國(guó)際上較為尖端的AGV制造公司有美國(guó)的KHsystems公司，德國(guó)的KUKA，芬蘭的Mir公司，瑞典的OTTO MOTORS以及日本的豐田集團(tuán)等。

3 國(guó)內(nèi)應(yīng)用研究現(xiàn)狀

中國(guó)發(fā)展AGV相比較國(guó)外稍晚。近些年來，隨著中國(guó)制造業(yè)市場(chǎng)的快速發(fā)展，企業(yè)對(duì)生產(chǎn)、裝配、運(yùn)輸?shù)戎圃爝^程的時(shí)效性提出了明確要求，作為制造業(yè)的一項(xiàng)黑科技，AGV也得到了快速發(fā)展。中國(guó)AGV發(fā)展目前已經(jīng)涉及到的領(lǐng)域有制造生產(chǎn)、工程搬運(yùn)、消防滅火、大型表演、太空探索，海底探索等?，F(xiàn)如今國(guó)內(nèi)較為知名的制造AGV企業(yè)有：中科院沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司、中信集團(tuán)旗下中信重工自動(dòng)化有限公司、云南昆船智能裝備有限公司。由這些公司研發(fā)出品的AGV性能穩(wěn)定可靠，功能多樣，成本廉價(jià)，綠色節(jié)能。而且根據(jù)不同領(lǐng)域的需求，中國(guó)已能自主研發(fā)出多種類型的AGV，大致分為：移送運(yùn)輸型AGV、背負(fù)載重型AGV、分揀裝配型AGV和潛伏搬運(yùn)型AGV。

2013年12月2日，中國(guó)成功發(fā)射了“嫦娥三號(hào)”探測(cè)器。2013年12月15日，“玉兔號(hào)”探測(cè)器小車順利著陸在月球表面，此后，“玉兔號(hào)”圍繞著探測(cè)器進(jìn)行拍照，并于第一時(shí)間傳回探測(cè)器的完整照片。

2016年10月10日，北京故宮博物院迎來91周年華誕。故宮為了慶祝這一盛事，即于當(dāng)天在太和殿區(qū)域進(jìn)行了建院以來最大規(guī)模的消防實(shí)兵演習(xí)。中信重工機(jī)械股份有限公司自主設(shè)計(jì)開發(fā)的防爆消防滅火偵察AGV參與演練，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人首次走進(jìn)故宮“滅火”。在演習(xí)當(dāng)中，北京故宮博物院現(xiàn)場(chǎng)模擬太和殿遭雷擊失火，由中信重工開誠(chéng)智能裝備有限公司研制的RXR—MC80JD新型防爆消防滅火AGV，在不到10 min的時(shí)間內(nèi)，拖著數(shù)百公斤重的水帶，越過障礙，快速完成了滅火和降溫任務(wù)。

2018年2月25日，平昌冬奧會(huì)閉幕儀式表演現(xiàn)場(chǎng)，24臺(tái)來自沈陽(yáng)新松機(jī)器人公司自主研發(fā)的智能AGV（見圖3）和26名舞蹈演員共同協(xié)作演繹了一場(chǎng)完美的藝術(shù)與智能的結(jié)合，驚艷全場(chǎng)，當(dāng)智能和藝術(shù)能夠完美地融合在一起的那一刻，體現(xiàn)了中國(guó)自主研發(fā)的AGV已達(dá)到一個(gè)前所未有的水平，同時(shí)也向世界展現(xiàn)了一個(gè)科技發(fā)達(dá)，藝術(shù)高超的當(dāng)代中國(guó)。

2019年1月3日，“玉兔二號(hào)”，嫦娥四號(hào)任務(wù)月球車（見圖4），于22時(shí)22分完成與嫦娥四號(hào)著陸器的分離，駛抵月球表面，再次實(shí)現(xiàn)月球表面著陸，成為中國(guó)航天道路上又一個(gè)里程碑式的技術(shù)突破。目前市場(chǎng)上，中國(guó)已是全世界AGV需求最大的發(fā)展中國(guó)家，而AGV也將是制造業(yè)進(jìn)入快速時(shí)代的必須配套設(shè)備，隨著國(guó)家對(duì)科技強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的投入力度的不斷加大，未來中國(guó)的AGV一定會(huì)擁有更為廣闊的市場(chǎng)前景。

4 研究的意義

2014年10月10日，中德政府雙方簽署了關(guān)于“工業(yè)4.0”的合作文件，2015年3月5日，李克強(qiáng)總理在全國(guó)兩會(huì)上作《政府工作報(bào)告》時(shí)首次提出“中國(guó)制造2025”的宏大計(jì)劃。隨著兩項(xiàng)制造業(yè)相關(guān)政策的提出，對(duì)于制造業(yè)“第三利潤(rùn)源泉”當(dāng)中的物流問題則成為企業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。近年來，由于人力資源市場(chǎng)的蕭條，人工作業(yè)的成本越來越高，在此形勢(shì)背景下，智慧物流便應(yīng)運(yùn)而生。所謂智慧物流，即在傳統(tǒng)的物流行業(yè)添加智慧的方法和手段去更新傳統(tǒng)方式進(jìn)行管理，主要通過物聯(lián)網(wǎng)整合物流資源，根據(jù)現(xiàn)有物流資源與需求方進(jìn)行快速服務(wù)匹配，給予強(qiáng)大物流支持。相比較而言，傳統(tǒng)物流環(huán)境，在倉(cāng)庫(kù)管理中需要人工采集實(shí)物的相關(guān)信息，工作效率較低，貨物存放混亂，劃分不清晰，搬運(yùn)障礙多，人為因素影響大，導(dǎo)致常常因?qū)嵨锷远啾愫馁M(fèi)了更多的工作量，延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期，增加了制造業(yè)的成本。而AGV的出現(xiàn)，憑借著其節(jié)能、高效、靈活、PID控制算法的準(zhǔn)確性等特點(diǎn)，適應(yīng)了智慧物流的最新發(fā)展要求，在速度、精度、強(qiáng)度、可靠度、靈活度上均對(duì)物流管理上有跨越式的提高，通過自動(dòng)掃描實(shí)物二維碼信息，自動(dòng)采集實(shí)物相關(guān)物流信息，將個(gè)體信息上傳至中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，由中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)再進(jìn)行分類優(yōu)化配置，自動(dòng)分揀，運(yùn)輸，存放等一系列實(shí)用功能。

5 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，越來越多的企業(yè)在物流管理、制造裝配上均大幅增加了以機(jī)器替換人的崗位。類如近年來的“雙十一”、“6.18”等購(gòu)物狂歡節(jié)當(dāng)下，巨量的實(shí)物數(shù)據(jù)需要可觀的人力成本投入，而智慧物流當(dāng)中尤其以AGV技術(shù)為核心驅(qū)動(dòng)力量，阿里巴巴、蘇寧易購(gòu)、京東等電商平臺(tái)公司，也相繼推出自主研發(fā)的能夠應(yīng)對(duì)海量數(shù)據(jù)管理與運(yùn)輸貨物的AGV（見圖5）。因此，研發(fā)AGV的新技術(shù)已刻不容緩。隨著世界人口逐漸趨于老齡化，人力成本的急劇上升，發(fā)展智能制造，智慧物流已是必然的發(fā)展趨勢(shì)。發(fā)展AGV技術(shù)即是發(fā)展民族工業(yè)，發(fā)展AGV產(chǎn)業(yè)即是建造人類智能時(shí)代的新格局，相信在未來人類科技不斷創(chuàng)新的引領(lǐng)下，智能制造最終會(huì)為人們提供更為先進(jìn)的生產(chǎn)方式和更為便捷的生活環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

[1]楊文華. AGV技術(shù)發(fā)展綜述[J]. 物流技術(shù)與應(yīng)用， 2015（11）：93-95.

[2]卜文娟. AGV：智能搬運(yùn)的黑科技[J]. 中國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2018（21）：38-39.

[3]王宏玉. 物流機(jī)器人（AGV）獲得跨越式發(fā)展[J]. 物流技術(shù)與應(yīng)用，2018（4）：71-73.

[4]楊玉明. 基于慣性導(dǎo)航的全向AGV定位系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].天津：天津工業(yè)大學(xué)，2019.

[5]王雨. 基于視覺導(dǎo)航AGV的定位技術(shù)與路徑規(guī)劃研究[D].合肥：安徽大學(xué)，2019.

[6]馮少源.基于移送網(wǎng)版AGV驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性分析[D]. 西安：西安理工大學(xué)，2017.