基于AGV 的自動(dòng)運(yùn)輸及轉(zhuǎn)接單元設(shè)計(jì)

于 洪

（廣州普華靈動(dòng)機(jī)器人技術(shù)有限公司， 廣東 廣州 510800）

引言

近年來，AGV 導(dǎo)航在工業(yè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，尤其是物流行業(yè)和機(jī)加工行業(yè)，其通過引導(dǎo)小車沿規(guī)定的路徑行駛，可以實(shí)現(xiàn)物流和零件輸送的柔性和自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)無人、準(zhǔn)確、安全、智能的貨物轉(zhuǎn)載運(yùn)輸、自動(dòng)上架貨架等功能[1]。

本文擬設(shè)計(jì)一套物流產(chǎn)品和機(jī)加工零件（后面用物料代替）的自動(dòng)運(yùn)輸及轉(zhuǎn)接單元，作為AGV 自動(dòng)運(yùn)輸及轉(zhuǎn)接網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的最小單位。良好的AGV 自動(dòng)運(yùn)輸及轉(zhuǎn)接網(wǎng)絡(luò)用于物流行業(yè)，可以實(shí)現(xiàn)多種物料，多種搬運(yùn)方案的組合，完成大范圍的自動(dòng)裝載、自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)和自動(dòng)卸料：用于加工行業(yè)，可以完成不同加工工位的零件的自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)，實(shí)現(xiàn)真正的無人工廠目標(biāo)。

1 AGV 導(dǎo)航小車及物料基站的設(shè)計(jì)

智能物流、無人化工廠的建設(shè)都需要真正實(shí)現(xiàn)物料、零件、產(chǎn)品轉(zhuǎn)運(yùn)的自動(dòng)化和無人化，形成大量物料、零件、產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)化轉(zhuǎn)運(yùn)，本單元擬設(shè)計(jì)一套物料的自動(dòng)運(yùn)輸及轉(zhuǎn)接單元，包括設(shè)計(jì)一個(gè)專門的AGV 導(dǎo)航小車和相應(yīng)的物料基站和磁條導(dǎo)軌的建設(shè)。該系統(tǒng)將選擇廣州普華靈動(dòng)機(jī)器人技術(shù)有限公司（蜂系列）磁條導(dǎo)航AGV 底盤，其為普華靈動(dòng)針對(duì)小配重物流物料開發(fā)出的快速物流專用AGV，該系列具有體積小、速度快、自主充電、自動(dòng)避障等優(yōu)點(diǎn)。該AGV 小車采用磁條導(dǎo)航原理，兩輪差速驅(qū)動(dòng)，其底部安裝有專門的磁條傳感器，配以相應(yīng)的程序，可以沿著安裝好的磁條導(dǎo)軌自動(dòng)行走。

如圖1、圖2 所示，圖1 為普華靈動(dòng)（蜂系列）AGV 底盤，圖2 為根據(jù)設(shè)計(jì)需求與AGV 底盤設(shè)計(jì)的AGV 導(dǎo)航小車，該小車可分為AGV 底盤、車架、滾輪滑道、擋塊撞頭和活動(dòng)擋塊5 個(gè)部分。為了完成物料的自動(dòng)運(yùn)輸及轉(zhuǎn)接功能，為本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了物料A 站和物料B 站，作為物料的自動(dòng)運(yùn)輸及轉(zhuǎn)接的起點(diǎn)和終點(diǎn)，具體結(jié)構(gòu)如圖3 所示[2]。

圖3 物料基站設(shè)計(jì)圖

在整套系統(tǒng)中，物料A 站為物料的運(yùn)輸和轉(zhuǎn)接的起點(diǎn)，裝載物料的物料箱體會(huì)放在物料A 站上的滾輪滑道上，由物料A 站上的活動(dòng)擋塊頂住；當(dāng)系統(tǒng)開始工作時(shí)，AGV 導(dǎo)航小車會(huì)沿著磁條導(dǎo)軌，抵達(dá)物料A 站正前方，并直接撞向物料A 站。在撞擊過程中，AGV 導(dǎo)航小車上的擋塊撞頭會(huì)撞向物料A 站上的活動(dòng)擋塊，活動(dòng)擋塊便會(huì)繞著其安裝軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得活動(dòng)擋塊上的擋塊向下旋轉(zhuǎn)，直至活動(dòng)擋塊全部轉(zhuǎn)到滾輪滑道平面以下，此時(shí)，裝了物料的物料箱體便會(huì)在重力的作用下沿著滾輪滑道向AGV 小車的滾輪滑道滑動(dòng)，直至頂住AGV 導(dǎo)航小車的活動(dòng)擋塊，完成物料從物料A 站到AGV 導(dǎo)航小車的轉(zhuǎn)接。當(dāng)AGV 導(dǎo)航小車完成物料的轉(zhuǎn)接以后，便可以脫離物料A 站，沿著磁條固定路線運(yùn)動(dòng)（與此同時(shí)，物料A 站重新裝載物料箱體），直至到達(dá)物料B 站位置，當(dāng)?shù)竭_(dá)物料B 站位置后，AGV 導(dǎo)航小車便會(huì)撞向物料B 站，同從物料A 站轉(zhuǎn)運(yùn)物料箱體原理，物料B站上的撞頭撞到AGV 導(dǎo)航小車上的活動(dòng)擋塊以后，AGV 導(dǎo)航上的活動(dòng)擋塊便會(huì)繞著其安裝軸轉(zhuǎn)動(dòng)，活動(dòng)擋塊上的擋塊轉(zhuǎn)到滾輪滑道平面以下，AGV 導(dǎo)航小車上的物料箱體沿著滾輪滑道向物料B 站上滾輪滑道滑動(dòng)，直至完全進(jìn)入物料B 站位置，完成物料從A 站到B 站的卸料[3]。另外，為了保證整套設(shè)計(jì)方案的真正實(shí)現(xiàn)，需要說明以下幾點(diǎn)：

1）物料基站和AGV 導(dǎo)航小車的活動(dòng)擋塊下端需為質(zhì)量較大的重物，保證物料箱體可以被活動(dòng)擋塊頂??；

2）為了保證物料基站和AGV 導(dǎo)航小車撞擊時(shí)不會(huì)撞壞東西，基站和小車撞擊時(shí)小車的運(yùn)動(dòng)速度需要調(diào)得較低，且撞擊面上需要安裝一些橡膠墊，緩沖撞擊力；

3）滑輪滾道兩側(cè)的連桿要比滾輪高些，防止物料箱體滑動(dòng)時(shí)脫離滾道。

2 AGV 自動(dòng)運(yùn)輸及轉(zhuǎn)接單元磁條導(dǎo)航路線的設(shè)計(jì)

2.1 磁條導(dǎo)航路線的設(shè)計(jì)

磁條導(dǎo)引是指在工作區(qū)域鋪上特定軌跡的磁條，AGV 小車通過其底部的磁傳感器檢測(cè)磁條的磁信號(hào)自動(dòng)定位行走的導(dǎo)引方法。該導(dǎo)引方法可以驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸小車按照實(shí)際需要的運(yùn)動(dòng)方案行走，即通過地面鋪設(shè)的磁條導(dǎo)軌給于AGV 小車運(yùn)動(dòng)指令，由車載控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)AGV 導(dǎo)航計(jì)算，導(dǎo)引實(shí)現(xiàn)AGV 小車行走，再配合AGV 小車本身的機(jī)械功能，可以實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)裝載、自動(dòng)行走、自動(dòng)卸料的功能[4]。

本單元設(shè)計(jì)了特定的AGV 小車導(dǎo)航路線，其應(yīng)用目的是通過磁條導(dǎo)引的方法，自動(dòng)將特定的物料從物料A 站搬運(yùn)到物料B 站，實(shí)現(xiàn)整個(gè)搬運(yùn)過程的自動(dòng)化和無人化。

如圖4 所示，物料A 站和物料B 站分別為兩個(gè)具有功能要求的AGV 基站，這里需要將物料從物料A 站輸送到物料B 站，其橫向距離為8 m，本單元將其中間的搬運(yùn)路線設(shè)計(jì)為如圖4 所示的路線，空白的地方可以安裝相應(yīng)的物流設(shè)備或者加工設(shè)備，為了方便AGV 導(dǎo)航小車拐彎行走，其路徑需要設(shè)計(jì)為弧線[5]。

圖4 AGV 小車導(dǎo)航路線設(shè)計(jì)（單位：mm）

2.2 AGV 自動(dòng)運(yùn)輸及轉(zhuǎn)接單元模型的設(shè)計(jì)

根據(jù)整套AGV 自動(dòng)運(yùn)輸及轉(zhuǎn)接單元的磁條導(dǎo)航路線設(shè)計(jì)，現(xiàn)設(shè)計(jì)其硬件模型如圖5 所示，物料A站和物料B 站之間鋪設(shè)了如圖4 所示的磁條導(dǎo)軌，該導(dǎo)軌的兩端正對(duì)物料A 站和物料B 站，AGV 導(dǎo)航小車可以通過磁條傳感器在導(dǎo)軌上按照AGV 自動(dòng)運(yùn)輸及轉(zhuǎn)接單元的移動(dòng)方案移動(dòng)，即AGV 導(dǎo)航小車先在物料A 站裝載物料，再移動(dòng)到物料B 站卸掉物料，然后再回到A 站繼續(xù)裝載物料，再運(yùn)到物料B站，形成連續(xù)不斷的物料的自動(dòng)裝載、自動(dòng)運(yùn)輸和自動(dòng)卸料的自動(dòng)化單元。

圖5 AGV 自動(dòng)運(yùn)輸及轉(zhuǎn)接單元設(shè)計(jì)模型

2.3 AGV 自動(dòng)運(yùn)輸及轉(zhuǎn)接單元磁條導(dǎo)航程序的設(shè)計(jì)

根據(jù)整套AGV 自動(dòng)運(yùn)輸及轉(zhuǎn)接單元設(shè)計(jì)，該AGV 導(dǎo)航小車需要沿著磁條導(dǎo)軌從物料A 站到物料B 站運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)過程需要磁條傳感器感應(yīng)鋪設(shè)好的磁條導(dǎo)軌路線，并配以適當(dāng)?shù)某绦蜻M(jìn)行控制，其AGV 小車磁條導(dǎo)航控制主程序如下：

3 磁條導(dǎo)航自動(dòng)運(yùn)輸及轉(zhuǎn)接單元的優(yōu)點(diǎn)

1）特定磁條導(dǎo)軌的鋪設(shè)，可以保證AGV 磁條導(dǎo)航小車沿著固定路線行駛，不容易發(fā)生搬運(yùn)過程的障礙物阻擋事件，AGV 磁條導(dǎo)航小車可以更加精確地與物料基站進(jìn)行物料箱體的裝載和卸料。

2）磁條導(dǎo)航成本較低，可以根據(jù)需要調(diào)整、擴(kuò)展相應(yīng)的導(dǎo)軌，及時(shí)調(diào)整AGV 小車的行進(jìn)路線，且編程簡(jiǎn)單，容易更新整個(gè)AGV 導(dǎo)航系統(tǒng)。

3）磁條導(dǎo)航更加穩(wěn)定，不容易被其他單元所干擾，選擇磁條導(dǎo)航的方式更容易建設(shè)多個(gè)導(dǎo)航單元的組合，形成AGV 導(dǎo)航的自動(dòng)運(yùn)輸及轉(zhuǎn)接網(wǎng)路。

4 結(jié)論

采用AGV 磁條導(dǎo)航原理設(shè)計(jì)的一套物流產(chǎn)品和機(jī)加工零件的自動(dòng)運(yùn)輸及轉(zhuǎn)接單元，實(shí)現(xiàn)了物料從一端轉(zhuǎn)運(yùn)到另一端的自動(dòng)裝載、自動(dòng)運(yùn)輸、自動(dòng)卸料的功能，可以作為AGV 自動(dòng)運(yùn)輸及轉(zhuǎn)接網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的最小單位，同時(shí)，多個(gè)AGV 自動(dòng)運(yùn)輸及轉(zhuǎn)接單元組合在一起，配以其他的自動(dòng)化設(shè)備（機(jī)器人、自動(dòng)化裝置），可以完成復(fù)雜的運(yùn)輸及搬運(yùn)任務(wù)，形成自動(dòng)運(yùn)輸及轉(zhuǎn)接網(wǎng)路，從而提高產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化水平，提高企業(yè)工作效率。