AGVS在國內陶瓷墻地磚行業中的開發與應用

摘要：本文介紹了AGVS技術在國內外以及陶瓷墻地磚行業中的應用現狀。特別對AGVS磚坯儲運系統在國內陶瓷行業中的使用提出了可行性實施方案。

關鍵詞：AGVS 電磁感應引導 激光引導 磚坯儲運系統 AGV

1 AGVS技術的概況

自動導引車輛系統（Automatic Guided Vehicle System，AGVS）簡稱AGVS，是當今制造系統和自動化系統中物流運輸的有效手段。AGVS的核心設備是自動導引車輛（Automatic Guided Vehicle，AGV）。現代的AGVS都配有系統集中控制和管理的計算機，用于對AGV的作業過程進行優化，發出指令，跟蹤傳送中的構件以及控制AGV的路線。

AGV是采用自動或人工方式裝載貨物，按設定的路徑自動行駛或牽引載貨臺車至指定地點，再用自動或人工方式裝載貨物的工業車輛[1]。AGV只有滿足物流搬運作業自動化、柔性化和準時化的要求時，與自動導引系統、自動裝卸系統、通訊系統、安全系統和管理系統等構成AGVS，才能充分發揮其作用[2]。

AGV在20世紀50年代已開始應用于無人駕駛工業搬運車輛。一般采用蓄電池作為動力，載重量從幾公斤到上百噸，工作場地較廣，可以是辦公室、車間，也可以是港口、碼頭。圖1為AGV的內部控制原理圖。

從圖1可知，AGV主要由兩個直流電機（導向電機和行走電機）驅動，外圍配有引導傳感器、通訊模塊、移載裝置、人機對話接口以及運行狀態顯示。較重要的是引導傳感器和通訊模塊。目前，引導方式主要有電磁感應、激光、磁鐵、陀螺等，其中激光引導方式發展較快。

1.1電磁感應引導

電磁感應引導是利用低頻引導電纜形成的電磁場及電磁傳感裝置引導AGV運行。其工作原理為當交變電流流過電纜時，在電纜周圍產生電磁場，離導線越近，磁場強度越大，越遠其磁場強度越弱。通過感應線圈的電磁場在線圈兩端產生電壓，電壓與磁場強度成正比。當電纜處于線圈中間時，左右線圈的電壓相等，轉向信號為零；當線圈處在電纜的任一側時，兩個感應線圈的電壓不等，產生電位差，將操縱AGV轉向的信號，從而控制導向電機來校正AGV的運行方向。

1.2激光引導

激光引導利用安裝在AGV上的激光掃描器識別設置在其活動范圍內的若干個定位標志，來確定其坐標位置，從而引導AGV運行，這種工作方式屬于導航式引導。激光掃描器一般安裝在AGV的較高位置，使各定位標志與激光掃描器相呼應，并通過系統的串行口與AGV的控制板聯接。定位標志由高反光材料制成，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出激光，并通過一個內部反射鏡以一定的轉速旋轉，對周圍進行掃描，測出每個定位標志的距離和角度，計算出AGV的X、Y坐標，從而引導AGV按照預先設定的路線運行。激光掃描器內部設有微處理器，對新的作業環境和引導平面圖具有學習功能，可以利用學習軟件找出相應的定位標志，并將其坐標位置存儲起來。

AGVS系統主要包括AGV、控制臺及導引裝置（如圖2）。中心控制計算機可以監視和控制AGVS系統的運行狀態，協調AGVS系統在其它設備間正常運行；AGVS系統AGV的控制計算機完成對AGV的調度、管理；通訊設備作為控制臺與AGV間的信息交換平臺完成它們間的信息交換。

我國對AGV的研究主要集中在導引技術、自動控制技術、通訊技術、電機及變速驅動技術、電池技術、車輛制造技術和移載技術等方面。我國對以上技術的研究進展程度如表1所示，各種自動化技術在我國的研究進展程度、專利、應用現狀和前景如表2所示[3]。

2 AGVS系統的應用概況

AGVS系統在我國工業領域的應用與歐洲、美國和日本等發達國家相比還存在較大的差距。1955年英國人首先發明了簡易電磁導引AGV，并在歐洲迅速普及發展。后來逐步傳入美國和日本。20世紀60～80年代是歐洲AGV高速增長期，美國和日本在80年代后才進入高速增長期。應用領域從較為集中的機械制造、加工、裝配生產線到更為廣泛的自動化生產、物料搬運、物品倉儲、商品配送等行業。

在國內，AGVS系統的應用目前僅限于煙草、汽車、電子、醫藥、印鈔和發行等大規模生產制造行業，這些行業由于技術和資金實力雄厚，工廠生產物流自動化的需求較高，導致AGVS的應用較多。如我國的許多卷煙企業，青島頤中集團、玉溪紅塔集團、紅河卷煙廠、淮陰卷煙廠等都采用激光導引式AGV完成托盤貨物的搬運工作。其他行業由于產業整合度和生產規模沒達到一定的水平，對生產物流自動化的需求相對較低。另外，由于其高昂的價格，導致AGVS系統在我國企業中普及較難。因此，必須考慮降低AGV的開發成本。

我國投入使用的首套激光導引AGVS由昆明船舶設備集團有限公司研制生產，最初在云南省紅河卷煙廠投入運行，實現了原材料、半成品、成品等物料生產過程中的自動輸送和信息管理。

3 AGVS在陶瓷墻地磚行業中的應用

3.1AGVS在國內外陶瓷行業中的應用現狀

在國外，AGVS已廣泛應用于陶瓷墻地磚行業中，主要用于構建廠內的全自動磚坯儲運系統（以下簡稱AGVS磚坯儲運系統）和成品磚的入倉轉運系統，主要包括裝卸磚機、儲坯（磚）架、AGV及中央控制系統等。其主要任務為：負責陶瓷墻地磚生產線上、下工序之間磚坯（成品磚）的入倉儲存和轉運，實現在生產線上、下工序之間工作制式的轉換，保證上、下工序在停機情況下，生產線能連續生產。其技術在生產使用過程中得到了充分發展和完善。

意大利的Tecno Ferrari、Siti和Barbierie Tarozzi等公司能夠生產全套的AGVS磚坯儲運系統，已廣泛應用于國外的陶瓷企業。

在國內，由于陶瓷企業固有生產模式和現有的工作制度、廉價的勞動力以及高昂的生產設備等因素，導致AGVS磚坯儲運系統在國內大多數建筑陶瓷企業中沒有得到推廣。

近年來，隨著一些外資、臺資建筑陶瓷企業引進國外AGVS磚坯儲運系統，改變了傳統的生產模式和工作制度，大大降低了生產成本，其生產能力和生產管理水平得到明顯提高，說明AGVS在陶瓷企業中的應用是實際可行的。

3.2AGVS磚坯儲運系統的研發現狀

鑒于AGVS在國內外陶瓷行業的應用情況和發展前景。2007年初，廣東科達機電股份有限公司（以下簡稱科達機電）成立了專門的研發項目組，通過對國內外使用AGVS系統的企業進行了考察和調研。遵循低成本開發的思路，依靠自主研發，于2010年6月推出了具有自主知識產權的AGVS磚坯儲運系統，填補了AGVS系統在國內陶瓷行業的空白，使國內陶瓷企業使用AGVS系統成為可能，為陶瓷企業提升管理水平和工作效率、增強企業效益開辟了一條新的途徑。下面具體以科達機電的AGVS系統進行詳述。

科達機電的AGVS用于陶瓷墻地磚行業中的全自動無軌磚坯儲運系統。系統中包括裝卸磚機、儲坯車、AGV小車及中央控制系統。其主要任務為：負責陶瓷墻地磚生產線干燥器和窯爐之間磚坯（物料）的儲存和轉運，實現陶瓷生產線的柔性生產，保障了窯爐的連續生產和產量問題，同時解決了生產一線工人的節假日休息問題。

AGVS中的主要設備是AGV小車，其主要由導航系統、車載計算機系統、直流伺服驅動及轉向系統、安全警示系統、蓄電池供電充電系統、液壓提升系統、機械車體等部分組成。

其中導航系統采用激光導航，由旋轉激光頭、現場反射板、激光運算解調設備、車載計算機系統組成。激光運算解調設備通過串行接口與車載計算機系統通訊。

旋轉激光頭是AGV小車的眼睛，由光學系統、控制系統、機械等部分組成。車載計算機系統是AGV的心臟，計算機控制程序是AGV的大腦，機械車體是AGV的軀體，準確執行大腦發布的命令。

AGVS磚坯儲運系統中，AGV小車的主要性能指標為：

1） 導航方式：激光導航；

2） 驅動方式：直流伺服驅動；

3） 轉向方式：直流伺服驅動；

4） 運動方向：前進、后退、左轉、右轉、自旋/全方位；

5） 運行速度:0～45m/min，無級變速；

6） 導航精度：±10mm；

7） 停車位置精度：±4mm；

8） 充電方式：離線充電/交換電池；

9） 防碰裝置：超聲距離傳感器或紅外傳感器、緩沖保險杠；

10） 工作時間：>8h；

11） 電池電壓：48V；

12） 負載能力：>10，000kg；

13） 系統控制方式：控制站集中調度、監視、管理；

14） AGV控制方式：全自動/半自動/手動；

15） 通訊方式：無線局域網。

AGV控制計算機可作為AGV現場調度及監視，與AGV通過無線通訊交換數據。AGV控制計算機可以把地面導航地圖及運行任務下裝給AGV。具有在線模擬顯示和多車調度功能及運行任務設置和仿真。

4 結論

科達機電的AGVS系統研發成功，填補了國內陶瓷機械在自動物流領域的空白，提高了我國陶瓷墻地磚磚坯儲運設備的自動化水平，促進了陶瓷生產模式的轉變，有效地降低了陶瓷企業生產人員勞動強度，提高了陶瓷企業生產效率和整廠設備的配套性。由此可見，AGVS系統在陶瓷行業中的推廣具有十分重要的意義。

參考文獻

[1] 儲江偉，郭克友.自動引導車輛（AGV）引導技術分析[J].起重運

輸機械，2002，1（11）.

[2] 王宏，何克忠.智能車輛的自主駕駛與輔助導航[J].機器人，1997，

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[3] 馬新露，趙林度，（德）魯德.舒爾茲.AGVS在中國的應用與發展[J].

物流技術，2006，12（27-30）.

[4] http://www.chinaforklift.com

[5] http://logistic.nstl.gov.cn/