AGV在汽車焊裝工藝中的應(yīng)用

陳雷 劉林

摘 要：詳細介紹了AGV在汽車焊裝生產(chǎn)中的應(yīng)用及工藝規(guī)劃技巧，目前國內(nèi)汽車焊裝對于AGV的應(yīng)用大多局限在物流輸送方面，但隨著技術(shù)的發(fā)展以及AGV在節(jié)省工藝面積、增加生產(chǎn)線效率、降低工人勞動強度等方面的優(yōu)勢，未來AGV在汽車焊裝生產(chǎn)中的應(yīng)用必將更加廣泛。

關(guān)鍵詞：AGV;焊裝;應(yīng)用;工藝規(guī)劃;柔性化

0 引言

通過全面介紹AGV（自動導(dǎo)引車）在汽車焊裝生產(chǎn)中的應(yīng)用方向及工藝規(guī)劃技巧，解決AGV受焊裝制造業(yè)環(huán)境、人機交互、信息傳遞等因素影響導(dǎo)致應(yīng)用局限的問題，使AGV在汽車焊裝領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛和深入，進而達到提高汽車焊裝生產(chǎn)線高柔性，智能化的目的。

1 常見AGV的種類及優(yōu)缺點

1.1 按導(dǎo)航方式分類

1.1.1 磁導(dǎo)航方式

磁導(dǎo)航是在AGV的行駛路徑上埋設(shè)磁釘或粘貼磁條，通過磁感應(yīng)信號實現(xiàn)導(dǎo)航。優(yōu)點為磁條鋪設(shè)簡單易行，變更路徑實施容易;缺點為磁條易受金屬機械等硬物損傷，對導(dǎo)航效果與持久性產(chǎn)生影響。

1.1.2 慣性導(dǎo)航方式

慣性導(dǎo)航是在AGV上安裝陀螺儀，在行駛路徑的地面上安裝定位塊，AGV可通過計算陀螺儀偏差信號及采集地面定位塊信號來確定自身的位置和方向，從而實現(xiàn)導(dǎo)航。優(yōu)點為定位精度好，缺點是價格較高。

1.1.3 光學(xué)導(dǎo)航方式

在AGV行駛路徑上涂漆或粘貼色帶，通過對攝像機采集的色帶圖象信號進行處理實現(xiàn)導(dǎo)航。優(yōu)點為靈活性較好，路線設(shè)置簡單易行;缺點為色帶需要經(jīng)常維護，導(dǎo)航可靠性較差。

1.1.4 激光導(dǎo)航方式

激光導(dǎo)航方式目前有2種，反光板導(dǎo)航和SLAM導(dǎo)航。反光板導(dǎo)航是在AGV行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板，AGV通過發(fā)射激光束，同時采集由反射板反射的激光束，來確定其當(dāng)前的位置和方向，通過幾何運算實現(xiàn)導(dǎo)航。SLAM導(dǎo)航是通過激光雷達對場景的觀測，實時創(chuàng)建地圖并修正AGV的位置來實現(xiàn)導(dǎo)航。激光導(dǎo)航優(yōu)點是地面無需其他定位設(shè)施，行駛路徑靈活多變;缺點是制造成本高，對環(huán)境要求相對苛刻，尤其對光線要求苛刻，導(dǎo)致其現(xiàn)階段在汽車焊裝工廠中應(yīng)用較少。

1.2 按移載方式分類

1.2.1 牽引式AGV

AGV作為牽引動力，通過拖掛帶輪的容器實現(xiàn)對物料的拉動。適合應(yīng)用于物流器具的運輸。

1.2.2 承載式AGV

AGV通過馱舉來移載物料，可升降被運物料。適合應(yīng)用于有定位要求，運輸平穩(wěn)的場合，也可作為柔性裝配線、加工線使用。常用于車身、車架、大型沖焊件等物體搬運。

2 AGV在焊裝工藝中的應(yīng)用

AGV替代人工搬運，實現(xiàn)自動化物流AGV目前已經(jīng)在焊裝車間物流輸送方面大量應(yīng)用，代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工轉(zhuǎn)運物料及電瓶車、叉車、皮帶機、Buffer等傳輸車輛和設(shè)備。

AGV的應(yīng)用改變了物流運輸模式，不僅實現(xiàn)了省人化，而且減少了人為錯誤導(dǎo)致的物料供給問題;AGV代替電瓶車、叉車等作業(yè)車輛，大大降低了人機交互所帶來的安全隱患;AGV的靈活性解決了傳統(tǒng)傳輸工具空間占用面積大和改造困難的難題。

物流運輸多采用牽引式AGV，其體積小、價格低，與帶有腳輪的料車配合使用，把料車運送到指定位置。AGV料車可做成一體式結(jié)構(gòu)，也可做成分體式結(jié)構(gòu)（料車托盤+器具），具體結(jié)構(gòu)可根據(jù)生產(chǎn)物流的配貨方式而定。

2.1 AGV與機器人對接的精度保障方案

AGV料車到位后若由人工下件，AGV自身精度即可滿足;若是由機器人從料車上自動抓取工件，機器人對工件的位置精度要求很高，AGV自身精度無法滿足。為實現(xiàn)機器人自動取料，一般有3種解決方案。

對AGV料車X、Y、Z3個方向進行精定位，提高AGV料車到位精度。

（1）料口形式，水平滾珠使料車輕微脫離地面，起到Z向定位作用;側(cè)向滾輪與側(cè)頂氣缸使AGV能按準確位置進入料口并使 X 向定位準確;到位后，料口里側(cè)的夾緊氣缸把料車夾緊，在定位Y向的同時固定料車。這樣X、Y、Z3個方向都進行了精準定位。

（2）抓件機器人與視覺引導(dǎo)設(shè)備配合使用，給機器人裝上“眼睛”。抓件視覺引導(dǎo)可以實現(xiàn)±70 mm以內(nèi)的偏差定位，AGV位置精度一般在±10 mm以內(nèi)，所以如果使用抓件視覺引導(dǎo)，AGV料口只需做料車的粗定位和固定裝置。

（3）使用一些特殊機構(gòu)，在AGV行駛至特定位置后，靠機構(gòu)把料車器具拖入線體進行精定位，該類形式在焊裝中使用較少。

2.2 AGV在調(diào)整線的應(yīng)用

傳統(tǒng)焊裝調(diào)整線多采用固定滾床輸送方式，每次增加車型或位置改造的工作量都非常大，甚至需要拆除重建，為不影響在制車型的生產(chǎn)，改造時間通常很短，改造難度大。

AGV代替固定滾床在調(diào)整線的應(yīng)用，設(shè)計多車型通用托盤或直接切換托盤，滿足生產(chǎn)線高柔性化的要求;因為AGV小車位置本就是不固定的，可以任意更換場地生產(chǎn)，打破了線體對空間的固定化需求模式。

該工藝需要采用承載式AGV馱舉白車身，其托盤需按設(shè)置的環(huán)形路線行駛。AGV從A點提升機處接到白車身，經(jīng)過1～19工位，到達B點后與提升機對接，提升機把白車身運輸?shù)綑C械化上，AGV馱舉空托盤沿環(huán)路到達A點后等待接下一個白車身，完成一個工作循環(huán)。

白車身的托盤與傳統(tǒng)車型滑橇設(shè)計類似，只需增加與AGV的連接結(jié)構(gòu)。調(diào)整線使用AGV小車代替?zhèn)鹘y(tǒng)輸送設(shè)備，另一優(yōu)勢為可以避免由于設(shè)備故障導(dǎo)致線體停線。當(dāng)某臺AGV出現(xiàn)故障，可以使用吊具或電動拖車，把AGV移出線體進行維修，線體可正常生產(chǎn)，而傳統(tǒng)調(diào)整線需等待設(shè)備維修好后才可繼續(xù)生產(chǎn)。

2.3 AGV切換夾具，實現(xiàn)生產(chǎn)自適應(yīng)

傳統(tǒng)汽車焊裝生產(chǎn)線為線式生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，該生產(chǎn)模式基于同平臺車型，當(dāng)不同平臺車型混流時，就會導(dǎo)致工藝設(shè)備使用不均衡。例如一些高檔車應(yīng)用激光釬焊、激光飛行焊等先進焊接工藝，而A級車更多采用電阻點焊或CMT等焊接工藝。如果將這些不同平臺車型混線生產(chǎn)，將出現(xiàn)生產(chǎn)時總有部分設(shè)備是不需要工作的情況，導(dǎo)致設(shè)備利用率降低。另外傳統(tǒng)生產(chǎn)線車型混流，基本分為工裝夾具自身混流和應(yīng)用轉(zhuǎn)臺、轉(zhuǎn)轂、滑臺等設(shè)備進行工裝夾具切換2種形式，但這些方案都受限于設(shè)備性能和工藝面積。目前隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)線需要更多車型混流的能力。如何利用有限的空間，合理規(guī)劃，實現(xiàn)焊接工藝成為關(guān)鍵。AGV的應(yīng)用給生產(chǎn)線更多車型混流功能的實現(xiàn)帶來了可能性。為適應(yīng)更多車型的混流需求，增加生產(chǎn)線的靈活性與經(jīng)濟性，先將傳統(tǒng)生產(chǎn)線按功能進行模塊劃分，建立不同功能的工作站，比如門蓋焊接島、滾邊島、地板焊接島、主線焊接島、激光焊接島等，然后使用AGV代替滾床、滑橇等輸送設(shè)備，更加靈活的把工件運送到相應(yīng)工作站里進行工藝的實現(xiàn)。根據(jù)不同車型的工藝需求，進入相應(yīng)的工作站，其它不涉及的工作站進行關(guān)閉或同時進行其它車型的生產(chǎn)，不僅節(jié)約了生產(chǎn)時間，提升了設(shè)備的利用率，更降低了單車生產(chǎn)的成本投入。

使用AGV還可以進行夾具、抓具等工裝的切換，生產(chǎn)之前把工裝夾具用AGV運輸?shù)骄€體內(nèi)，這樣理論上可以在工作站內(nèi)實現(xiàn)任意多車型混流，而且這些不同車型的工裝可以在線外建立立體庫進行存儲，大幅降低了生產(chǎn)面積需求。

這種島式生產(chǎn)結(jié)構(gòu)除可以實現(xiàn)車型高柔性混流生產(chǎn)，還可以根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)選擇增開或關(guān)閉工作站實現(xiàn)改變產(chǎn)能的需求，同樣可以通過復(fù)制工作站來提升產(chǎn)能，降低了改造的難度和風(fēng)險;但AGV的大量使用導(dǎo)致物流規(guī)劃難度大，物料按時供給需要科學(xué)規(guī)劃和信息化管理。目前該生產(chǎn)模式能夠?qū)崿F(xiàn)小批量生產(chǎn)，使用該方式設(shè)計高節(jié)拍生產(chǎn)線還有很多難題需要攻克。

2.4 AGV切換工裝夾具精度保障方案

AGV切換工裝夾具時，因汽車焊裝線的高精度要求，而AGV的自身精度無法達到工藝需求，所以需要輔助機構(gòu)來保證夾具的到位精度，一般解決方案有以下2種。

2.4.1 在工位兩側(cè)設(shè)計舉升機

AGV承載夾具到達工位后，通過舉升機上升將其定位銷導(dǎo)入夾具BASE上對應(yīng)的定位孔內(nèi)，托起夾具直至脫離AGV小車，通過舉升機定位銷和定位面保證工裝夾具X、Y、Z3方向的定位準確。該方案要求定位銷強度好，導(dǎo)向長，可以矯正由AGV精度導(dǎo)致的位置偏差。但同時定位銷會因此磨損比較嚴重，需要經(jīng)常維護和更換，并且定位銷的磨損，會導(dǎo)致定位精度降低，所以此方案使用較少。

2.4.2 使用承載式帶升降A(chǔ)GV

夾具BASE底部設(shè)計定位銷，料口設(shè)計浮動裝置。

AGV高位馱舉夾具到準確位置，然后進行下降，夾具BASE底部定位銷進入浮動裝置，對X/Y方向矯正并定位，AGV繼續(xù)下降直到Z面貼合，使夾具X、Y、Z3方向定位準確，夾緊裝置對夾具進行固定。上述2種方式對AGV的精度要求很高，國內(nèi)目前AGV精度很難滿足使用要求，多采用國外AGV。

3 結(jié)語

自動導(dǎo)引車（Automated Guided Vehicle，AGV）是裝備有電磁或光學(xué)等自動引導(dǎo)裝置，由計算機控制，以輪式移動為特征，自帶動力或動力轉(zhuǎn)換裝置，并且能夠沿規(guī)定的引導(dǎo)路徑自動行駛的運輸工具，一般具有安全防護、移載等多種功能。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步、人力成本的不斷增加，自動化、省人化成為汽車制造過程中必須考慮的2個指標(biāo)。在該形勢下，AGV充分發(fā)揮其高機動、低成本的優(yōu)勢，已成功在國內(nèi)眾多知名汽車企業(yè)投入使用，例如紅旗新總裝車間已實現(xiàn)全AGV的自動化物流，可以看出，AGV搬運替代人工搬運是未來發(fā)展的必然趨勢。生活水平的日益提高使人們對汽車的需求也發(fā)生改變，越來越多的個性化需求正促使著汽車制造方式發(fā)生改變，高柔性、高智能的先進生產(chǎn)線應(yīng)運而生。AGV代替?zhèn)鹘y(tǒng)固定式輸送線使生產(chǎn)更靈活，打破了傳統(tǒng)生產(chǎn)線平臺化的限制，可以實現(xiàn)不同平臺、更多車型的混流生產(chǎn);同時打破了生產(chǎn)流程的界線，可以根據(jù)不同工藝制定相應(yīng)的生產(chǎn)流程、生產(chǎn)路徑，從而更合理地利用生產(chǎn)資源。

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