淺談AGV系統(tǒng)控制方式及其應(yīng)用

摘 要：隨著科技的發(fā)展人工配送成本的提高，工業(yè)AGV技術(shù)進(jìn)入了新的階段;AGV根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景，其系統(tǒng)控制方式演化出激光導(dǎo)引控制、磁條導(dǎo)引控制、和視覺導(dǎo)引控制;伴隨著AGV技術(shù)的革新，在傳統(tǒng)的汽車制造行業(yè)、倉(cāng)庫(kù)物流行業(yè)和醫(yī)療運(yùn)輸行業(yè)，也在舍棄原始的物料配送模式，引用AGV配送系統(tǒng)，加速其自身自動(dòng)化的提高。本文闡述了AGV系統(tǒng)機(jī)構(gòu)和控制方式，以及AGV控制系統(tǒng)在不同行業(yè)中的應(yīng)用，最后，對(duì)AGV控制發(fā)展的未來趨勢(shì)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：AGV;控制方式;導(dǎo)引

AGV又稱自動(dòng)引導(dǎo)車或無人駕駛車，是指帶有磁傳感器或光傳感器的引導(dǎo)設(shè)備，沿著固定的工藝路線形式，并且具有載物平臺(tái)和舉升平臺(tái)，同時(shí)自身帶有安全保護(hù)的移動(dòng)運(yùn)輸車輛，在實(shí)際應(yīng)用中不需要駕駛員并卻可以自動(dòng)補(bǔ)充電量動(dòng)力能源的設(shè)備[ ]。根據(jù)AGV自身應(yīng)用的功能特點(diǎn)，企業(yè)將使用AGV替代繁重的人工運(yùn)輸、惡劣環(huán)境下的人工搬運(yùn)以及危險(xiǎn)情況下的人工操作等工作;AGV的使用必將使企業(yè)節(jié)約大量人工成本，同時(shí)也讓員工從繁重、危險(xiǎn)的工作環(huán)境解放出來，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和員工工作的幸福率。

1.AGV的結(jié)構(gòu)

AGV控制系統(tǒng)是依據(jù)主控模塊、功能模塊以及通訊總線之間的相互連接，通過導(dǎo)航裝置采取信息，反饋到主控模塊進(jìn)行AGV的行走驅(qū)動(dòng)。

如圖1所示AGV主要是有車身和相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)所組成，是AGV的外形結(jié)構(gòu);蓄電和充電裝置，則為AGV提供24V或48V的動(dòng)力能源;驅(qū)動(dòng)裝置則是由萬(wàn)向輪、驅(qū)動(dòng)輪、行走電機(jī)以及驅(qū)動(dòng)控制器等部分合成，是控制AGV運(yùn)行主要裝置;導(dǎo)引裝置是接受地面信息反饋給主控，通過轉(zhuǎn)向裝置來控制方向;控制器則是接受控制中心的指令執(zhí)行動(dòng)作，并把自身狀態(tài)（如速度、位置等）反饋給控制中心;通訊裝置主要是實(shí)現(xiàn)AGV與地面控制和地面監(jiān)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息交互[ ];安裝裝置則是通過區(qū)域掃面，檢測(cè)前方障礙物并反饋給控制器，以此來控制運(yùn)行和停止;移栽裝置主要是和運(yùn)載貨物直接接觸、貨物在上面直接運(yùn)輸。

2.AGV控制方式

2.1激光導(dǎo)引控制方式

激光導(dǎo)引式AGV是能夠通過激光導(dǎo)引的方式，實(shí)現(xiàn)AGV自動(dòng)導(dǎo)引，并在殼體上方安裝承載物架，用于運(yùn)輸。利用超聲波傳感器組成測(cè)距環(huán)，防止碰撞;并利用激光掃描儀組成激光導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航;殼體內(nèi)的伺服電機(jī)控制器與左右兩側(cè)的伺服電機(jī)構(gòu)成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。

如圖2所示激光導(dǎo)引式AGV在運(yùn)行的過程中，超聲波傳感器呈扇形分布，檢測(cè)前方180角度障礙物信息;前后四個(gè)萬(wàn)象輪起到支撐作用和協(xié)助驅(qū)動(dòng)差速輪實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能;車體中間的兩個(gè)輪作為驅(qū)動(dòng)輪，連接私服私服電機(jī);這種機(jī)構(gòu)與四輪式AGV相比，可以承載更多重量，運(yùn)行速度平穩(wěn)，對(duì)路面適應(yīng)能力強(qiáng)。主控CPU根據(jù)超聲波反饋的信息對(duì)小車進(jìn)行加減速和剎車，通過地標(biāo)和上位調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行工位停止或原地旋轉(zhuǎn)的功能以及更加復(fù)雜的慢速轉(zhuǎn)彎功能;私服電機(jī)的速度與方向都是通過私服控制器進(jìn)行控制，而私服電機(jī)控制器進(jìn)行減速調(diào)節(jié)采用的是差速法或DA調(diào)速法。

2.2磁導(dǎo)航控制方式

磁導(dǎo)航式AGV控制方式，主要包含主控CPU、驅(qū)動(dòng)控制器、感應(yīng)磁裝置、主控制輪、RFID傳感器、從動(dòng)萬(wàn)向輪、舉升裝置和聲波傳感器;在車體內(nèi)主驅(qū)動(dòng)輪分別固定在中間左右兩側(cè)，稱為主驅(qū)動(dòng)輪;從動(dòng)轉(zhuǎn)向輪分別安裝于四周，RFID固定做主動(dòng)輪側(cè)，磁感應(yīng)傳感器跟別固定前后中間位置;以上所述的元器件位于車體內(nèi)部并通過電路和RS232串口連接控制單元，而主控CPU通過網(wǎng)線連接驅(qū)動(dòng)控制器，驅(qū)動(dòng)控制器單向連接行走電機(jī)，以此來組成整個(gè)控制系統(tǒng)環(huán)路。

如圖3所示磁導(dǎo)航式AGV在運(yùn)行的過程中，主控CPU通過網(wǎng)線連接聲波傳感器獲取信息，讀取小車前方障礙物是否存在，以此來控制是否運(yùn)行;通過RS232與前后兩個(gè)磁感應(yīng)傳感器來確定運(yùn)行的路線軌跡;并且主控CPU將控制信號(hào)通過網(wǎng)線傳輸至驅(qū)動(dòng)器，通過兩個(gè)驅(qū)動(dòng)控制器來控制兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，來實(shí)現(xiàn)小車根據(jù)地面導(dǎo)引裝置進(jìn)行直行、轉(zhuǎn)彎、加減速等動(dòng)作控制。

2.3視覺導(dǎo)航控制方式

視覺導(dǎo)航AGV控制系統(tǒng)，主要包含主控CPU、供電的超級(jí)電容系統(tǒng)、用于傳輸信號(hào)的無線通訊模塊和用于控制驅(qū)動(dòng)AGV行走電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、帶動(dòng)AGV運(yùn)行和轉(zhuǎn)向一體的舵輪電機(jī)、識(shí)別導(dǎo)引條和二維碼的P+F攝像頭、以及自動(dòng)補(bǔ)充電量絲桿電機(jī)，以上元器件都是安裝在殼體內(nèi)部，殼體表面還設(shè)有用于實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)顯示與交互式操作的人間交換HMI以及承載物料的自動(dòng)舉升裝置。其中主控CPU分別與通訊模塊、電機(jī)控制模塊和P+F攝像頭通過RJ54網(wǎng)線頭連接;通過以上的元器件的連接，組成AGV控制系統(tǒng)內(nèi)部的電路和網(wǎng)絡(luò)，如下圖4所示;

在視覺導(dǎo)航AGV行駛過程中，通過視覺攝像頭識(shí)別岔道，曲線和其他標(biāo)記線，獲得AGV主體和路線指引線之間的數(shù)據(jù);主控CPU對(duì)獲得的位置和方向偏差進(jìn)行糾偏處理，從而指導(dǎo)AGV的運(yùn)行方向;使用Sick掃描模塊來監(jiān)視AGV在運(yùn)行過程中的周圍環(huán)境;通過調(diào)度與主控計(jì)算AGV到目標(biāo)之間的最佳路徑。它可以與上級(jí)調(diào)度實(shí)時(shí)通信，以實(shí)現(xiàn)視覺導(dǎo)航，區(qū)域掃描，運(yùn)行軌跡，地標(biāo)定位等功能。

3.AGV控制系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1汽車制造的應(yīng)用

汽車行業(yè)是目前工業(yè)自動(dòng)化程度最高的行業(yè)之一，而在汽車制造過程中AGV控制系統(tǒng)作為總裝、發(fā)動(dòng)機(jī)等生產(chǎn)線的子系統(tǒng)，上位調(diào)度系統(tǒng)可以和產(chǎn)線生產(chǎn)系統(tǒng)相互連接，根據(jù)產(chǎn)線需求，對(duì)AGV發(fā)出調(diào)度命令。AGV不僅可以作為物料運(yùn)輸車輛，還可以充當(dāng)工作平臺(tái)、加工平臺(tái)使用，他們即使自由獨(dú)立的，有可以進(jìn)行有序的組合銜接;AGV作為可移動(dòng)的載體，不但能夠?qū)崿F(xiàn)物料的運(yùn)輸，而且還可以根據(jù)個(gè)工藝的需求實(shí)現(xiàn)姿勢(shì)的調(diào)整，很大程度上提高工作效率，降低員工勞動(dòng)難度和強(qiáng)度。

3.2物流倉(cāng)庫(kù)的應(yīng)用

自動(dòng)物流倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)，AGV接收來自物流調(diào)度系統(tǒng)命令調(diào)度AGV運(yùn)輸手推車，并完成系統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)，出貨和退貨。當(dāng)調(diào)度系統(tǒng)獲取任務(wù)時(shí)，將根據(jù)正在執(zhí)行的任務(wù)的當(dāng)前AGV情況將其選擇性地發(fā)送到AGV小型運(yùn)輸工具，一般原理是使用漏斗方法。當(dāng)AGV運(yùn)輸車閑置時(shí)，從數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的未執(zhí)行任務(wù)中，經(jīng)過空間距離計(jì)算模型后，應(yīng)執(zhí)行最短距離的任務(wù)并將其發(fā)布到AGV車身控制系統(tǒng)，并且然后AGV運(yùn)輸車輛將執(zhí)行該任務(wù)，減少AGV無效運(yùn)行的距離，并最終提高自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)物流的效率。

3.3醫(yī)院物流的應(yīng)用

醫(yī)院物流傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用是醫(yī)院現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一[ ]。與傳統(tǒng)的鏈條運(yùn)輸和軌道運(yùn)輸相比，AGV控制系統(tǒng)運(yùn)輸和懸掛小車運(yùn)輸具有動(dòng)作迅速，運(yùn)輸效率高，可操作性強(qiáng)，安全等級(jí)高的優(yōu)點(diǎn)。使用傳統(tǒng)的物料搬運(yùn)設(shè)備相反，AGV運(yùn)輸行走路線不需要鋪設(shè)導(dǎo)軌，托架和其他固定設(shè)備，并且不受場(chǎng)地、區(qū)間和外部環(huán)境的限制。當(dāng)前醫(yī)院的AGV物流控制系統(tǒng)所用的AGV車由左右兩個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，以不同的速度組合來驅(qū)動(dòng)其運(yùn)動(dòng)，并且通過驅(qū)動(dòng)控制行走裝置來獲得平面上的二維X， Y）進(jìn)行協(xié)調(diào)，形成差速控制，使用兩個(gè)或多個(gè)萬(wàn)向輪作為輔助調(diào)節(jié)AGV運(yùn)行穩(wěn)定性，并在到達(dá)提取點(diǎn)后進(jìn)行新的手動(dòng)卸藥

4.AGV控制發(fā)展的未來趨勢(shì)

未來AGV控制發(fā)展應(yīng)該趨向于室內(nèi)到室外。目前AGV多適用室內(nèi)，而隨時(shí)需求的發(fā)展，戶外或半戶外AGV控制技術(shù)將逐漸完善和進(jìn)行使用。戶外AGV控制應(yīng)用一直是應(yīng)用技術(shù)難點(diǎn)，受制于惡劣的自然環(huán)境，如：溫度、濕度、雨雪等惡劣天氣。作為AGV供應(yīng)商，更應(yīng)該注重技術(shù)研發(fā)產(chǎn)品升級(jí)，如防雨雪的導(dǎo)航裝置、防止路面坑洼的驅(qū)動(dòng)裝置等特殊技術(shù)上 ，以提高戶外應(yīng)用的理想效果。

4.1模塊化

AGV的機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)朝著模塊化、易構(gòu)化等方向發(fā)展。例如，行走電機(jī)、驅(qū)動(dòng)控制器和控制系統(tǒng)和電源模塊的集成，在結(jié)構(gòu)上有機(jī)械重新分配。

4.2集成化

AGV的控制系統(tǒng)正由PLC控制朝PC控制端發(fā)展，便于系統(tǒng)的集成化、標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化，增強(qiáng)兼容性、可擴(kuò)性、可操性和遠(yuǎn)程維護(hù)。

4.3高精化

AGV的自動(dòng)化和信息化的提升，要求整體AGV小車控制精度、運(yùn)算精度、檢測(cè)精度和避讓精度也越來越受重視。

4.4二極化

AGV的發(fā)展不僅要趨向于工業(yè)自動(dòng)化的需求，同時(shí)也要趨向于辦公室人為接觸式發(fā)展。

4.5智能化

AGV的發(fā)展應(yīng)用不僅要作為物流運(yùn)輸工具，同時(shí)也要偏向于平臺(tái)搭建，根據(jù)應(yīng)用需求實(shí)現(xiàn)智能化操作。

5.結(jié)論和展望

AGV的控制方式的區(qū)分主要依據(jù)導(dǎo)航模式的劃分，在實(shí)際的應(yīng)用的過程中，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景不同，對(duì)于AGV的外觀結(jié)構(gòu)、功能選擇、控制模式等多方面選擇都是主要影響因素;因此AGV產(chǎn)品在開發(fā)的過程中，無法做到規(guī)?；?，這也是限制非標(biāo)自動(dòng)化企業(yè)發(fā)展的重要因素。

目前AGV小車在我國(guó)市場(chǎng)快速發(fā)展，出現(xiàn)不少關(guān)于AGV制造類企業(yè)，有研發(fā)控制系統(tǒng)的、有研發(fā)導(dǎo)航系統(tǒng)的、有研發(fā)調(diào)度系統(tǒng)的、也有研發(fā)車體的，這也導(dǎo)致企業(yè)之間同質(zhì)化越來越嚴(yán)重，技術(shù)人才與創(chuàng)新。隨著人工智能、5G等新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，必將給AGV發(fā)展帶來新的機(jī)遇，不斷融合各種新的技術(shù)，開發(fā)出適用于各種情景的設(shè)備產(chǎn)品。

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作者簡(jiǎn)介：

陳文龍（1992.02.28），男 ，漢，河南省夏邑縣，電氣工程師，助理工程師，本科.