[導(dǎo)讀] 無人搬運(yùn)車系統(tǒng)簡稱AGVS，是當(dāng)今柔性制造系統(tǒng)(FMS)和自動(dòng)化倉儲(chǔ)系統(tǒng)中物流運(yùn)輸的有效手段。無人搬運(yùn)車系統(tǒng)的核心設(shè)備是無人搬運(yùn)車(AGV)，作為一種無人駕駛工業(yè)搬運(yùn)車輛，AGV在本世紀(jì)50年代即得到了應(yīng)用。

美國國家儀器嵌入式系統(tǒng)
　　無人搬運(yùn)車系統(tǒng)簡稱AGVS，是當(dāng)今柔性制造系統(tǒng)(FMS)和自動(dòng)化倉儲(chǔ)系統(tǒng)中物流運(yùn)輸?shù)挠行侄?。無人搬運(yùn)車系統(tǒng)的核心設(shè)備是無人搬運(yùn)車(AGV)，作為一種無人駕駛工業(yè)搬運(yùn)車輛，AGV在本世紀(jì)50年代即得到了應(yīng)用。一般用蓄電池作為動(dòng)力，載重量從幾公斤到上百噸，工作場地可以是辦公室、車間，也可以是港口、碼頭。現(xiàn)代的AGV都是由計(jì)算機(jī)控制的，車上裝有微處理器。多數(shù)的AGVS配有系統(tǒng)集中控制與管理計(jì)算機(jī)，用于對AGV的作業(yè)過程進(jìn)行優(yōu)化，·發(fā)出搬運(yùn)指令，跟蹤傳送中的構(gòu)件以及控制AGV的路線。

1 無人搬運(yùn)車引導(dǎo)方式及其新技術(shù)

　　無人搬運(yùn)車的引導(dǎo)方式主要有電磁感應(yīng)引導(dǎo)、激光引導(dǎo)和磁鐵.陀螺引導(dǎo)等方式，其中以激光引導(dǎo)方式發(fā)展較快，但電磁感應(yīng)引導(dǎo)和磁鐵一陀螺引導(dǎo)方式占有較大比例。

1.1電磁感應(yīng)引導(dǎo)

　　電磁感應(yīng)引導(dǎo)的工作原理如圖且所示，也稱為導(dǎo)線引導(dǎo)，是利用低頻引導(dǎo)電纜3形成的電磁場及電磁傳感裝置引導(dǎo)無人搬運(yùn)車運(yùn)行。其基本工作原理是交變電流流過電纜時(shí)，在電纜周圍產(chǎn)生電磁場4，離導(dǎo)線越近處，磁場強(qiáng)度越大，遠(yuǎn)處其磁場強(qiáng)度弱。通過感應(yīng)線圈的電磁場在線圈兩端感應(yīng)出電壓，這一電壓與磁場強(qiáng)度成正比。當(dāng)電纜3處于線圈中間時(shí)，左右線圈的電壓相等，轉(zhuǎn)向信號為零。當(dāng)引導(dǎo)天線偏向引導(dǎo)電纜的任一側(cè)時(shí)。一側(cè)線圈電壓升高，另一側(cè)的電壓降低，兩個(gè)感應(yīng)線圈的電位差就是操縱AGV轉(zhuǎn)向的信號，從而控制轉(zhuǎn)向電機(jī)來校正 AGV的運(yùn)行方向。

　　在AGV運(yùn)行路線的地表下埋設(shè)若干條不同頻率電流的電纜，由AGV控制器通過天線分別檢測出信號，用于控制和引導(dǎo)AGV沿指定路線運(yùn)行。天線及其感應(yīng)線圈用于檢測AGV相對于引導(dǎo)電纜的偏移量，精確校正AGV的運(yùn)行方向。

　　這種引導(dǎo)方式屬于傳統(tǒng)的方式，技術(shù)較成熟，AGV本身的成本低，工作可靠。其缺點(diǎn)是需要在運(yùn)行線路的地表下埋設(shè)電纜，施工時(shí)間長，費(fèi)用高，不易變更路線，這種引導(dǎo)方式適用于大中型的AGV，目前仍在較廣泛地應(yīng)用。

1.2 激光引導(dǎo)

　　激光引導(dǎo)的工作原理如圖2所示，利用安裝在AGV上的激光掃描器5識別設(shè)置在其活動(dòng)范圍內(nèi)的若干個(gè)定位標(biāo)志來確定其坐標(biāo)位置，從而引導(dǎo)AGV運(yùn)行，這種工作方式屬于導(dǎo)航式弓I導(dǎo)。激光掃描器一般安裝在AGV的較高位置，使各定位標(biāo)志與激光掃描器較好地呼應(yīng)，并通過系統(tǒng)的串行口與AGV的控制板聯(lián)接。定位標(biāo)志是由高反光材料制成，固定在沿途的墻壁或支柱上。激光掃描器利用脈沖激光器發(fā)出激光并通過一個(gè)內(nèi)部反射鏡4以定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，對周圍進(jìn)行掃描，測出每個(gè)定位標(biāo)志的距離和角度，計(jì)算出AGV的X、Y坐標(biāo)，從而引導(dǎo)AGV按照預(yù)先設(shè)定的路線運(yùn)行。激光掃描器內(nèi)部裝設(shè)有微處理器，對于新的作業(yè)環(huán)境和引導(dǎo)平面圖具有學(xué)習(xí)功能，可以利用學(xué)習(xí)軟件找出相應(yīng)的定位標(biāo)志，并將其坐標(biāo)位置存儲(chǔ)起來。

　　瑞典AGV電子有限公司的激光引導(dǎo)裝置采用了GaAs脈沖激光器，旋轉(zhuǎn)掃描速率為 10r/s，即AGV的激光引導(dǎo)裝置每隔0.1s測量并計(jì)算一次自身的坐標(biāo)位置。定位標(biāo)志的可見距離通常是大于30m，并保持在運(yùn)行中每次至少要檢測出3個(gè)標(biāo)志，以保證定位精度。

　　美國NDC自動(dòng)化有限公司是生產(chǎn)AGV激光引導(dǎo)系統(tǒng)的廠家，其激光掃描器的旋轉(zhuǎn)速率為20r/s，即每隔50一測量和計(jì)算一次AGV的絕對位置坐標(biāo)，定位精度可達(dá)±2m。

　　激光引導(dǎo)方式雖開發(fā)比較早，但過去由于激光器件昂貴，沒有得到廣泛應(yīng)用。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有些專業(yè)廠家，如美國的NDC公司專門批量生產(chǎn)激光掃描器件及其控制器和軟件，使產(chǎn)品成本大大降低。該公司生產(chǎn)的Lazy WayTM系列激光引導(dǎo)裝置被許多AGV生產(chǎn)廠家采用。由于AGV的激光引導(dǎo)裝置可以采用標(biāo)準(zhǔn)的器件、控制和軟件，所以與其它引導(dǎo)方式比較，具有容易安裝、容易編程和性能價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)，在導(dǎo)航式引導(dǎo)方式中，激光引導(dǎo)的定位精度比較高。其缺點(diǎn)是比電磁感應(yīng)式引導(dǎo)的成本高一些，且在有些使用環(huán)境中易受干擾。

1.3 磁鐵_---陀螺引導(dǎo)

　　瑞典的AGV電子有限公司開發(fā)出了用于AGV的磁鐵一陀螺引導(dǎo)技術(shù)，其工作原理是利用特制的磁性位置傳感器檢測安裝在地面上的小磁鐵，再利用陀螺儀技術(shù)連續(xù)控制AGV的運(yùn)行方向。這種引導(dǎo)方式是在沿引導(dǎo)路徑的地面上每隔5-10 m安裝一對小磁鐵。磁性傳感器是利用霍耳元件檢測磁場的基于微處理器的傳感器，當(dāng)AGV通過路面上的小磁鐵時(shí)，傳感器給出AGV的X和Y坐標(biāo)。陀螺傳感器是一種固態(tài)、六軸角速率傳感器，其輸出電壓與其敏感軸上的轉(zhuǎn)速成正比，由此確定AGV的運(yùn)行方向。如果采用高質(zhì)量元件，磁鐵一陀螺引導(dǎo)系統(tǒng)具有很高的精度，采用標(biāo)準(zhǔn)元件可大幅度降低成本，其成本比電磁感應(yīng)引導(dǎo)式低很多。這種引導(dǎo)方式適用于不能埋設(shè)引導(dǎo)電纜的場合。

2 AGV的控制技術(shù)

　　隨著傳感技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，AGV也在向智能化方向發(fā)展，國外也稱AGV為智能搬運(yùn)車。AGV智能化的主要特征是控制系統(tǒng)的微處理器化和集中控制及管理軟件功能上的智能化。

2.1控制系統(tǒng)的微處理器化

　　無論采用何種引導(dǎo)方式，現(xiàn)代的AGV都帶有以微處理器為核心的控制器，用于AGV的定位，控制沿指定路線運(yùn)行和搬運(yùn)貨物，以及與集中控制與管理計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，反饋AGV的當(dāng)前狀態(tài)，并接受調(diào)度和工作指令。AGV的車載控制器既可以采用以微機(jī)系統(tǒng)為核心的專用控制器，也可以采用由Pie組成的通用控制器，配備有完善的A/D。D/A和數(shù)字I/O接口或模塊。

　　瑞典AGV電子有限公司的AGV控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，其中的CB12控制板是該公司以16位的2280微處理器為核心的第3代專用控制模塊，帶有12位的A/D轉(zhuǎn)換器和12位的D/A轉(zhuǎn)換器，以及14路數(shù)字輸人、12路數(shù)字輸出和4個(gè)串行通訊口，可通過并行總線擴(kuò)展數(shù)字口I/O和 I/O模塊，并能從串行通訊線路上裝人程序。存儲(chǔ)器采用32K字節(jié)的ROM、8×128K字節(jié)閃速存儲(chǔ)器(M存儲(chǔ)器)、 16×32K字節(jié)的 RAM和 8×5K字節(jié)的電池后備RAM。

2.2 集中控制及管理軟件的智能化

　　各國生產(chǎn)AGV控制系統(tǒng)的主要廠家都在競相開發(fā)AGV系統(tǒng)的集中控制及管理軟件，在功能上實(shí)現(xiàn)了智能化。AGVS的集中控制與管理一般采用工作站或高檔微機(jī)，配備32位的操縱系統(tǒng)。由于PC硬件和軟件的迅速發(fā)展，其性能已接近或超過以前小型機(jī)工作站的水平，但價(jià)格卻低很多，容易被一般用戶接受，有取代工作站的趨勢。例如，曼克公司原采用 DECI作站，配備 OS/2或 UNIX操縱系統(tǒng)，目前已轉(zhuǎn)而采用基于WindowsNT32位操作系統(tǒng)的PC機(jī)，充分利用其真正的多任務(wù)特性，實(shí)現(xiàn)集中控制與管理。

　　美國AGV產(chǎn)品有限公司采用瑞典AGV電子有限公司生產(chǎn)的控制系統(tǒng)，但獨(dú)立開發(fā)通用的AGV控制和管理軟件包“TRACE”。該軟件包用 Visual C+十編程，可運(yùn)行在裝有WindowsNT的 PC機(jī)上，通過引導(dǎo)路徑平面圖實(shí)現(xiàn)AGV的交通管制，并根據(jù)一些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中AGV之間的互鎖，控制系統(tǒng)中的物流?！癟RAE”還提供了一個(gè)圖形軟件包.用于在AGV運(yùn)行期間實(shí)時(shí)顯示AGV的工作狀態(tài)和沿導(dǎo)引路徑運(yùn)行的情況。操作人員可在窗口中觀察AGV的狀態(tài)，監(jiān)視通訊情況，查看和修改運(yùn)動(dòng)指令序列等。

　　“TRACE”在設(shè)計(jì)上可盡量減少系統(tǒng)安裝調(diào)試時(shí)間。該軟件可用文本文件定義一個(gè)包括所有鎖定參數(shù)的引導(dǎo)平面圖，并在運(yùn)行之前產(chǎn)生一個(gè)包括所有交通路線圖和鎖定時(shí)間表的數(shù)據(jù)庫。在系統(tǒng)安裝調(diào)試之前，利用內(nèi)部的仿真模式，可全面測試互鎖和通訊情況，以保證所定義引導(dǎo)平面圖的正確性。該軟件包還具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可以利用TCP/IP或其它協(xié)議與上一級主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通訊。

　　美國 NDC公司的Lazer Way系列AGV控制系統(tǒng)軟件智能化程度也。比較高，用戶可利用AutoCAD定義和修改引導(dǎo)平面圖，并能在任何看得見定位標(biāo)志的地方定義路徑，以及隨時(shí)向系統(tǒng)插人AGV，使用非常方便。

3 AGV的結(jié)構(gòu)形式

　　AGV目前仍以叉車式和轉(zhuǎn)載平臺(tái)式為主，以蓄電池為動(dòng)力源，直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行走、轉(zhuǎn)向和舉升。叉車式的主要向大載重量高舉升方向發(fā)展。運(yùn)行部分多采用三輪式、五輪式或六輪式，可單向。雙向或4方向運(yùn)動(dòng)。舉升機(jī)構(gòu)一般由電動(dòng)機(jī)、蝸桿減速器、滾珠絲桿及螺母等組成。一般舉升高度的AGV可采用單節(jié)固定式門架，高舉升的M采用雙節(jié)或三節(jié)伸縮式門架，通過鏈輪和鏈條實(shí)現(xiàn)伸，例如，瑞典AGV電子有限公司的mp型叉車式AGV，具有雙驅(qū)動(dòng)/轉(zhuǎn)向單元，6個(gè)行走輪，其中2個(gè)為驅(qū)動(dòng)輪，可以向前后左右4個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，最大載重量5000 kg，最大舉升高度7 m。