AGV小車在物流運輸行業(yè)中的應(yīng)用研究

呂吟雪 周穆新 王超駒 陳翔宇 顧侃如

摘要：對AGV小車運行原理、種類進(jìn)行了闡述，分析了AGV小車不同的組成部件及引導(dǎo)方式，對AGV小車的工作原理進(jìn)行了研究，對于AGV小車在物流運輸行業(yè)中的應(yīng)用推廣具有良好的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：AGV;物流運輸;引導(dǎo)方式;工作原理

0 引言

隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的加快以及5G時代的到來，互聯(lián)通信技術(shù)發(fā)展迅速。近幾年來，互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對物流運輸與周轉(zhuǎn)效率提出了較高的要求。而目前我國大多數(shù)物流集散中心還在采用人工掃描、分揀和搬運的方式，存在費時費力、危險系數(shù)高、勞動成本高等缺點，不利于企業(yè)成本控制。而基于AGV技術(shù)的智能倉儲物流和自動化工廠成為了物流行業(yè)發(fā)展的新突破[1]。智能物流分揀系統(tǒng)、AGV小車的無線通信系統(tǒng)、小車平臺的升降系統(tǒng)和智能定位系統(tǒng)研究趨于成熟。將AGV運載小車有效運用到物流系統(tǒng)中，可以降低成本，提高工作效率，減少人工分揀失誤，實現(xiàn)物流運輸?shù)闹悄芑繕?biāo)。

1 AGV運行原理

AGV（Automated Guided Vehicle）即自動引導(dǎo)運輸車，是指裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護(hù)以及各種移載功能的運輸小車，是一種以電能為動力，裝有非接觸導(dǎo)向裝置的無人駕駛自動化車輛[2]。AGV小車的傳感器將工作環(huán)境以數(shù)字信號的形式傳遞給CPU，CPU控制機(jī)械部件運作，完成運輸工作。AGV小車具有柔性規(guī)劃、工作效率高和安全可靠的特點。

2 AGV小車分類

AGV小車種類較多，根據(jù)其搬運方式不同可以劃分為：模具牽引式、托盤式、叉車式、輕便式、懸掛式和專用式。其中，運用在物流運輸中的主要是牽引式、托盤式和叉車式AGV小車。

2.1 ? ?牽引式AGV小車

模具牽引式AGV小車是最早投入使用的。AGV小車作為牽引動力，需在車后加上掛車，貨物放在掛車上，掛車數(shù)量不宜超過3個。在拐彎時，AGV小車可以智能降低車速，以防翻車。此類小車的優(yōu)點是運輸量多，結(jié)構(gòu)相對簡單;缺點是不能智能化裝貨、卸貨，需要由人工或另外的機(jī)械完成。

2.2 ? ?托盤式AGV小車

此類小車的主要工作是將地面高度的物品運送到指定位置或機(jī)器上，其任務(wù)只是取貨、卸貨。其優(yōu)點是可以將物品抬高到不同高度，降低了操作風(fēng)險和危險系數(shù);缺點是不能遠(yuǎn)距離托運物品。

2.3 ? ?叉車式AGV小車

叉車式AGV小車可以將物品從放置處取走，移動到一定高度或移動一定距離，實現(xiàn)自動裝載。其優(yōu)點是可以與其他物流運輸設(shè)備銜接;缺點是活動范圍有限。

以上幾類小車都有其優(yōu)勢和不足，綜合性的自動運輸車將以上幾種運輸車的優(yōu)勢相結(jié)合，可以獨立完成貨物的掃描、分類、裝載、運輸、入庫等功能，使得物流運輸更為智能化。

3 AGV小車組成部件及引導(dǎo)方式

3.1 ? ?組成部件

AGV小車主要由電子系統(tǒng)和機(jī)械部分構(gòu)成。其中，機(jī)械部分包括小車的車體、舉升的液壓裝置、舉升操作面板、車輪、保險杠、電機(jī)和電池及其連接器等。電子系統(tǒng)包括上位中控系統(tǒng)、定位模塊、循跡模塊、視覺系統(tǒng)、CPU核心控制系統(tǒng)、無線信號模塊等。

3.2 ? ?引導(dǎo)方式

在物流運輸領(lǐng)域工作的AGV小車，根據(jù)不同的工作環(huán)境采用不同的引導(dǎo)方式，主要有紅外探測、圖像定位、軌跡線、磁釘磁條和二維碼引導(dǎo)等方式。

3.2.1 ? ?紅外探測引導(dǎo)

AGV小車可以通過紅外裝置反射激光探索前進(jìn)道路，并根據(jù)反射回來的激光信息對行駛路線進(jìn)行判斷和調(diào)整。在識別路線的同時，還可以達(dá)到避障的目的。因為這種方式較為靈活，也稱為自然引導(dǎo)，但是這種引導(dǎo)方式受周邊環(huán)境影響較大。

3.2.2 ? ?圖像定位引導(dǎo)

這種引導(dǎo)方法是采用圖像識別系統(tǒng)，通過小車的攝像頭對路線中采集到的圖像和事先傳輸進(jìn)去的圖片進(jìn)行比對，進(jìn)而獲得自己所處的位置坐標(biāo)，通過CPU分析得出起點與終點的位置，然后確定行駛路線。這種引導(dǎo)方式成本較低且易于修改線路，但這種引導(dǎo)方式由于圖片受光線的影響具有不可控性。

3.2.3 ? ?軌跡線引導(dǎo)

根據(jù)小車所要走的路線，鋪設(shè)一條與地面顏色反差較大的軌跡線，寬度不需要太寬，根據(jù)光敏傳感器的擺放位置設(shè)置其寬度，一般2 cm左右即可，此種引導(dǎo)方法具有工作狀態(tài)較為穩(wěn)定，受到外界影響較小，軌跡鋪設(shè)方便，成本低等特點。

3.2.4 ? ?磁釘磁條引導(dǎo)

通過在行駛路線上鋪設(shè)磁條或磁釘，使AGV小車的磁感應(yīng)傳感器引導(dǎo)小車行進(jìn)。此種方式精度高，不受外界環(huán)境影響，但是相比于軌跡引導(dǎo)法，其成本還是偏高，且如果工作環(huán)境中鐵類物質(zhì)較多的話，其運行會受到一定影響。

3.2.5 ? ?二維碼引導(dǎo)

在小車起點和終點都設(shè)置一個二維碼，小車攝像頭實時開啟掃描狀態(tài)，行駛途中為其設(shè)置路標(biāo)，進(jìn)而幫助AGV小車尋找終點二維碼，路標(biāo)間距離不宜過遠(yuǎn)。

4 AGV小車工作原理

4.1 ? ?按規(guī)定軌跡運行原理

針對使用軌跡線牽引和紅外探測牽引相結(jié)合的AGV小車工作原理進(jìn)行研究。紅外探測法是循跡里最常用的一種方法，小車啟動后，紅外光電傳感器向外部發(fā)出紅外光線，當(dāng)紅外光線照射到地面后會因光的反射原理反射到光電二極管中進(jìn)行信號接收，所以擁有半導(dǎo)體性質(zhì)的二極管會在電場作用下產(chǎn)生電勢，從而發(fā)生光電信號的相互轉(zhuǎn)換。

在工作環(huán)境地面上鋪設(shè)黑色軌跡線，黑色會吸收其他顏色的光，所以會導(dǎo)致黑白兩種顏色的反射系數(shù)不同，因此，紅外光電傳感器會通過所接收到的反射光強(qiáng)度來判斷道路的狀況。當(dāng)AGV小車運行過程中探測到黑線時，黑色的循跡線會吸收掉大部分紅外光線，因而在黑線處被反射回來的紅外光線很少，光電二極管轉(zhuǎn)換的電信號比較弱;同理，當(dāng)小車在運行過程中紅外光線未被黑線所吸收而能夠順利反射，此時光電二極管能產(chǎn)生較強(qiáng)的電信號。所以，當(dāng)在光電二極管中順利將反射回來的光信號轉(zhuǎn)換成電信號后，比較器會通過分析比較的方法處理這些電信號，最后將信息傳送到CPU中，對車輛的行駛方向進(jìn)行控制，完成貨物運輸目的。

4.2 ? ?CPU處理系統(tǒng)

此類小車的核心處理系統(tǒng)所采用的電子元件有單片機(jī)等，此類CPU可以根據(jù)多個元件的反饋信息輸出控制指令。在AGV小車中，需對傳感器傳回的數(shù)字信息進(jìn)行處理，進(jìn)而控制車輪差速變化，實現(xiàn)按規(guī)定路線行駛的目的;同時還需要處理障礙物，實現(xiàn)避障目的;此外還要搭載攝像頭，對貨物條形碼進(jìn)行識別，確定貨物區(qū)域，并對路線做出規(guī)劃，然后將貨物送到指定位置。

4.3 ? ?貨物分揀原理

貨物分揀需要使用攝像頭對貨物的信息進(jìn)行掃描讀取，并將讀取的信息傳輸給CPU中信息處理系統(tǒng)的分揀信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要獲取各種信息，AGV小車通過讀碼龍門架獲取快遞件的基本信息，然后將這些信息傳輸?shù)紺PU信息處理子系統(tǒng)中，基本信息包括貨件重量、目的地、運單路由追蹤信息、分揀單據(jù)等[3]。

4.4 ? ?貨物運載平臺

AGV小車搭載的貨物運載平臺是液壓升降平臺，液壓由葉片泵形成壓力，經(jīng)濾油器、電磁換向閥、節(jié)流閥、液控單向閥、平衡閥進(jìn)入液缸下端，使液缸的活塞向上運動，提升貨物。AGV小車還可以通過控制兩邊液壓泵伸縮高度的不同，使貨物運載平臺發(fā)生傾斜達(dá)到自動卸貨的目的。

5 結(jié)語

采用紅外探測牽引和循跡牽引兩種方式相結(jié)合的AGV小車，相較于單一牽引方式，更可靠穩(wěn)定，同時具有避障功能;搭載攝像頭可以對貨物掃描分類;自動卸貨平臺可以實現(xiàn)自動卸貨。綜合性的AGV小車相較于傳統(tǒng)功能單一的物流運輸車來說更加智能。成本低、適用范圍廣、工作穩(wěn)定的AGV小車，可以有效解決目前物流運輸行業(yè)勞動力不足、運輸成本高和效率低下的問題，對于實現(xiàn)物流倉儲的智能化建設(shè)目標(biāo)有著十分重要的意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 李波，張瑞，萬勇，等.基于Android移動客戶端AGV小車管控系統(tǒng)的研究[J].現(xiàn)代制造工程，2019（9）：62-67.

[2] 梁睿，楊黎明.AGV在智能化物流系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].起重運輸機(jī)械，2019（4）：66-68.

[3] 王志珍，張涵躍.智能小車在物流分揀系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].物流工程與管理，2018，40（3）：67-69.

收稿日期：2020-05-06

作者簡介：呂吟雪（1995—），女，上海人，研究方向：交通運輸。