激光導(dǎo)引AGV 導(dǎo)航故障分析及維護(hù)

張發(fā)訊，李海軍，牛 鑫，韓澤楷

（云南白藥集團(tuán)健康產(chǎn)品有限公司，云南昆明 650504）

0 引言

AGV（Automated Guided Vehicle，自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)）在智能制造領(lǐng)域自動(dòng)化物流系統(tǒng)中起到關(guān)鍵作用，它代替人工重復(fù)搬運(yùn)的工作，減少人工成本，解決人工搬運(yùn)貨物的安全問(wèn)題。

1953 年一臺(tái)由拖拉機(jī)改造的設(shè)備在一間雜貨倉(cāng)庫(kù)沿著布置在空中的導(dǎo)線(xiàn)運(yùn)輸貨物，這標(biāo)志著AGV 的誕生。隨后AGV 小車(chē)相關(guān)研究逐步發(fā)展，20 世紀(jì)80 年代末國(guó)外的AGV 達(dá)到發(fā)展的成熟階段。中國(guó)AGV 發(fā)展歷程較短，為改變長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口的局面，國(guó)家加大在AGV 領(lǐng)域的投入，經(jīng)過(guò)不懈的努力在AGV 領(lǐng)域取得一定的成效。1995 年AGV 技術(shù)出口韓國(guó)，標(biāo)志著自主研發(fā)的機(jī)器人技術(shù)第一次走向了國(guó)際市場(chǎng)。1996 年，利用NDC 技術(shù)生產(chǎn)了第一套AGV 驗(yàn)證系統(tǒng)，這是中國(guó)制造的第一臺(tái)激光導(dǎo)引AGV 以及第一臺(tái)全方位運(yùn)動(dòng)AGV 小車(chē)。隨后激光導(dǎo)引型AGV 不斷完善，得利于其定位精度高，行駛路徑靈活多變，能適用于各種環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)得到廣大用戶(hù)的認(rèn)可。隨著“工業(yè)4.0”和“中國(guó)制造2025”這兩個(gè)概念的提出，AGV 具有長(zhǎng)時(shí)間搬運(yùn)、搬運(yùn)量大、柔性高、搬運(yùn)路線(xiàn)多變等優(yōu)勢(shì)深受各大智能制造企業(yè)的青睞。目前，激光導(dǎo)引、磁帶導(dǎo)引以及二維碼導(dǎo)引成為國(guó)內(nèi)AGV 產(chǎn)品主要的導(dǎo)航方式[1]。

激光導(dǎo)引AGV 通過(guò)參照物不同又分為環(huán)境導(dǎo)航方式和反射板導(dǎo)航方式。環(huán)境導(dǎo)航方式是通過(guò)提前對(duì)AGV 運(yùn)行環(huán)境一些固定不變的物體進(jìn)行測(cè)量，作為AGV 行駛過(guò)程中的參照物來(lái)確定AGV 的位置；反射板導(dǎo)航方式是預(yù)先在AGV 運(yùn)行環(huán)境中布置好反射板，通過(guò)測(cè)量計(jì)算每一塊反射板在布局中的坐標(biāo)，以反射板作為AGV 運(yùn)行的參照物。環(huán)境導(dǎo)引方式對(duì)環(huán)境要求比較高，反射板導(dǎo)航方式適用于大部分場(chǎng)所[2]。

1 激光導(dǎo)航原理簡(jiǎn)介

為了讓AGV 準(zhǔn)確定位自己在布局中的位置，需要事先對(duì)該環(huán)境進(jìn)行特殊處理。首先在AGV 運(yùn)行環(huán)境中布置反射板，然后把安裝在AGV 上的激光掃描器LS2000 調(diào)平。在設(shè)計(jì)AGV 的時(shí)候會(huì)定義一個(gè)參考點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立一個(gè)車(chē)輛的坐標(biāo)系，通過(guò)測(cè)量激光掃描器中心點(diǎn)到參考點(diǎn)的距離得到激光掃描器在車(chē)輛坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，AGV 設(shè)計(jì)時(shí)以?xún)蓚€(gè)后輪的中心點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn)如圖1 所示[3]。此外把激光掃描器坐標(biāo)寫(xiě)入車(chē)輛控制器中，再通過(guò)測(cè)量軟件連接上AGV，手動(dòng)牽著AGV 行走，LS2000 發(fā)射激光并接收反射板反射回的光束，測(cè)量軟件通過(guò)計(jì)算反射光線(xiàn)的夾角和距離可以確定反射板的位置，激光掃描器接收到反射板返回的光線(xiàn)如圖2 所示。這樣便可以得到各個(gè)反射板的坐標(biāo)，再把這個(gè)反射板坐標(biāo)文件導(dǎo)入到布局設(shè)計(jì)軟件中就可以得到一個(gè)二維坐標(biāo)系的布局。在這個(gè)布局里面設(shè)計(jì)好AGV 的行走路線(xiàn)并導(dǎo)入車(chē)輛控制器和上位電腦中，AGV 沿著設(shè)計(jì)的路徑行駛，激光掃描器連續(xù)的測(cè)量與反射板的角度和距離，車(chē)輛控制器通過(guò)這些數(shù)據(jù)結(jié)合AGV的驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)向編碼器的反饋值就可以計(jì)算出AGV 在整個(gè)布局中的位置。車(chē)載控制器和LS2000 的通信連接關(guān)系如圖3 所示[4]。

圖1 AGV 設(shè)計(jì)時(shí)以?xún)蓚€(gè)后輪的中心點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn)

圖2 激光掃描器接收到反射板返回的光線(xiàn)

圖3 LS2000 與車(chē)載控制器的通信連接關(guān)系

2 導(dǎo)航原理分析

通過(guò)上述AGV激光導(dǎo)航的原理可以得出：

（1）反射板的位置一經(jīng)固定測(cè)量后坐標(biāo)就是唯一的。

（2）LS2000 安裝固定后其坐標(biāo)相對(duì)于車(chē)體是不變的。

（3）LS2000 是通過(guò)發(fā)射激光并接收反射板的反射光線(xiàn)來(lái)確定AGV 在布局中的坐標(biāo)的。

由此可見(jiàn)，反射板激光導(dǎo)航方式雖然定位精度高，但是需要在AGV 運(yùn)行環(huán)境中安裝大量反射板并且受反射板位置限制。

3 故障分析及故障處理

在云南白藥生產(chǎn)物流現(xiàn)場(chǎng)遇到過(guò)很多AGV 丟導(dǎo)航的實(shí)例。通過(guò)3 個(gè)實(shí)例結(jié)合激光導(dǎo)航原理分析造成AGV 導(dǎo)航丟失或?qū)Ш骄认陆档那闆r，并給出導(dǎo)航維護(hù)的方法。

（1）由于生產(chǎn)需要，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的擺放位置不能絕對(duì)固定，需要時(shí)進(jìn)行調(diào)整。因此導(dǎo)致AGV 每次經(jīng)過(guò)這個(gè)設(shè)備時(shí)會(huì)丟導(dǎo)航。

故障原因及處理辦法：經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察分析激光掃描器識(shí)別到的反射板數(shù)據(jù)（表1）。發(fā)現(xiàn)該設(shè)備上安裝了一塊反射板，但激光掃描器并沒(méi)有測(cè)到這塊反射板的數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)對(duì)激光導(dǎo)航原理的分析結(jié)合實(shí)際情況得出結(jié)論，由于設(shè)備移動(dòng)了位置，反射板位置也發(fā)生變化，AGV 在使用的布局中這塊反射板的位置與實(shí)際位置產(chǎn)生偏差，因此AGV 不能識(shí)別這塊反射板，從而導(dǎo)致經(jīng)過(guò)該機(jī)組時(shí)丟失導(dǎo)航信號(hào)。所以在使用AGV 時(shí)要注意反射板的安裝位置，如果反射板位置發(fā)生變化，需要及時(shí)對(duì)反射板重新測(cè)量并把新測(cè)量后的文件輸出到車(chē)輛控制器中，測(cè)量后激光掃描器在該點(diǎn)識(shí)別到的反射板數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表1 移動(dòng)機(jī)組后AGV 丟導(dǎo)航的數(shù)據(jù)

表2 重新測(cè)量反射板后AGV 在同一個(gè)點(diǎn)識(shí)別到的放射板數(shù)據(jù)

（2）使用環(huán)境的變化。例如：地面潮濕、地面坑洼等外部原因，AGV 在使用半年后發(fā)現(xiàn)在站臺(tái)裝卸貨時(shí)偏差較大。

故障原因及處理辦法：通過(guò)對(duì)AGV 吊裝檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)膠輪腐爛磨損嚴(yán)重，更換輪子后AGV 在站臺(tái)裝卸貨時(shí)沒(méi)有再出現(xiàn)偏差過(guò)大的問(wèn)題。由此可見(jiàn)輪子磨損導(dǎo)致車(chē)身傾斜，激光掃描器的坐標(biāo)發(fā)生變化，收到反射板反回的光線(xiàn)角度和距離發(fā)生改變，所以AGV 移動(dòng)的位置會(huì)出現(xiàn)偏差。因此在使用過(guò)程中要定期對(duì)AGV 驅(qū)動(dòng)輪和支撐輪檢查，及時(shí)更換損壞的輪子，保證AGV 正常工作。

（3）有2 臺(tái)AGV 在使用一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)總是不定點(diǎn)的導(dǎo)航丟失，其他車(chē)輛工作正常沒(méi)出現(xiàn)丟導(dǎo)航的情況。

故障原因及處理辦法：觀察發(fā)現(xiàn)丟導(dǎo)航的AGV 激光掃描器鏡面已經(jīng)覆蓋一層粉塵，用干凈的棉布擦拭干凈后AGV 便不再出現(xiàn)丟導(dǎo)航的情況。由此可見(jiàn)激光掃描器鏡面污染會(huì)導(dǎo)致接收不到反射板的光線(xiàn)。為了驗(yàn)證反射板被污染，反光性下降導(dǎo)致激光掃描器不能識(shí)別到反射板，模擬了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。首先測(cè)出正常情況下反射板的數(shù)據(jù)（表3 的數(shù)據(jù)1），把一塊反射板完全遮擋再測(cè)量此時(shí)的反射板數(shù)據(jù)（表3 數(shù)據(jù)2），把反射板表面污染使得反光性下降在測(cè)量此時(shí)的反射板數(shù)據(jù)（表3 數(shù)據(jù)3），把這3 組數(shù)據(jù)做對(duì)比可以得出結(jié)論，當(dāng)反射板被遮擋、或被污染導(dǎo)致反光性降低時(shí)也會(huì)導(dǎo)致AGV 丟導(dǎo)航。所以在日常使用中要注意清潔激光掃描器的鏡面，并保證反射板不被遮擋，如果發(fā)現(xiàn)反射板表面泛黃，反光性降低的要及時(shí)更換。

表3 三種情況下測(cè)量得到反射板的數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述實(shí)例以及激光導(dǎo)引的原理可以得出以下結(jié)論：①反射板位置變化，實(shí)際位置和測(cè)量位置的坐標(biāo)不一致，導(dǎo)致AGV 丟導(dǎo)航；②如果輪子磨損嚴(yán)重，激光掃描器傾斜也會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)航精度降低或者出現(xiàn)丟導(dǎo)航的情況；③反射板表面泛黃反光性降低、反射板被遮擋或者激光掃描器的鏡面污染，激光掃面器接收不到反射板返回的光線(xiàn)，就會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)航精度低或者丟導(dǎo)航的情況。因此在AGV 的使用和維護(hù)時(shí)也要注意對(duì)AGV 導(dǎo)航環(huán)境的維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，才能保證生產(chǎn)順利進(jìn)行。