AGV小車技術及其在汽車制造行業(yè)的應用

王軍建，尚小輝（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

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AGV小車技術及其在汽車制造行業(yè)的應用

王軍建，尚小輝
（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

摘要：文章介紹了AGV (Automatic Guided Vehicle)小車的優(yōu)越性及應用前景，從AGV小車的結構、控制方式、驅動形式等方面闡述了AGV的基本原理。最后對AGV目前在汽車制造領域的應用予以了說明。

關鍵詞：AGV；控制器；磁導航；汽車

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.033

CLC NO.: U468.8Document Code: BArticle ID: 1671-7988 (2016)05-187-04

前言

隨著我國人力成本的不斷上升，降低人工成本，提高工廠的自動化程度越來越受各企業(yè)的重視。AGV(Automatic Guided Vehicle)小車作為一種自動化智能運載設備，可以減少人工消耗，減輕工人勞工強度，其使用的效果已經(jīng)得到了普遍認可，已經(jīng)開始走入“尋常百姓家”。

1、AGV小車的優(yōu)越性

AGV小車是上個世紀50年代發(fā)展起來的智能化搬運運載設備，到了90年代全世界已經(jīng)擁有的AGV小車已經(jīng)達到10萬臺以上，主要集中在歐美、日本等的發(fā)達國家。近年來，隨著國內(nèi)生產(chǎn)AGV小車的廠家逐漸增多，技術不斷進步，小車制造成本不斷降低 ，同時我國制造業(yè)人力成本不斷上升、勞動力開始出現(xiàn)短缺現(xiàn)象，這些因素共同推動了AGV小車的應用普及。AGV小車作為一種智能運載工具，目前主要有三大優(yōu)點：1.節(jié)省人力。AGV作為一種智能化的運載工具，運行過程無需員工操作，這也是與傳統(tǒng)的叉車、電瓶車有本質(zhì)的區(qū)別，勞動力得到了解放。企業(yè)的人工成本得到了降低。2.使用成本低。單體小車價格較低，小車的原理簡單，容易維護。小車在使用過程中的維護成本較低。3.零排放，沒有尾氣污染。對很多車間來說，空氣質(zhì)量一直是企業(yè)職業(yè)健康的重要關注點之一，與物流小車相比，AGV小車沒有尾氣排放，不會對車間的空氣產(chǎn)生污染。

圖1

2、AGV小車的基本原理

AGV小車作為一種自動化運載設備，它是以PLC為控制核心、蓄電池為動力、裝有非接觸導引裝置的無人駕駛自動導引運載車，其自動作業(yè)的基本功能是導向行駛、認址準停和移交載荷。AGV小車主要是由車載控制系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、行走系統(tǒng)和安全與輔助系統(tǒng)、車體、電池系統(tǒng)等組成。其中車載的控制系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、行走系統(tǒng)是AGV小車的核心組成，也是各AGV廠家研究的重點。

在AGV小車的結構中， PLC（可編程控制器）是控制的核心單元、障礙物識別傳感器為控制系統(tǒng)的外部信號輸入源。PLC的主要作用是接收外部的數(shù)字量信號輸入，將信號進行處理后，輸出數(shù)字量信號控制電機驅動器，從而控制整個AGV小車的行走。小車車體上應安裝有啟動、停止、復位、急停等按鈕，同時應當有電源指示、運行指示，急停指示、故障指示以及報警提示等。

3、AGV小車的基本結構

基本確定AGV小車的硬件后，硬件的安裝布局位置應按緊湊合理，應保持小車的中心在小車結構的中心位置。AGV小車主體結構的布局圖如下所示：

圖2　AGV小車主要硬件的布置圖

3.1導航系統(tǒng)

導航系統(tǒng)是AGV小車的核心組成之一，是保證AGV小車能否沿正確路徑行走的關鍵。隨著技術進步，AGV的導航系統(tǒng)按有無導引路線大致分為三種:一是有固定路線的方式:二是半固定路線的方式，包括標記跟蹤方式和磁力制導方式;三是無路線方式，包括地面幫助導航、用地圖上的路線指令導航方式和在地圖上搜索最短路徑制導方式。由于固定線路方式的導航，價格低、功能簡單，得到廣泛的應用，而半固定路線和地面幫助導航方式在企業(yè)應用不多。固定路線的導引方式有磁條導航、光學控制導航、激光導航。

圖3

磁條導航在由于價格低，施工簡單，在AGV小車領域使用廣泛。磁條導航需要使用專用磁條傳感器、專用磁條。磁條傳感器的結構如下圖所示，磁條傳感器是內(nèi)部間隔10mm平均排列16個（型號不同，點數(shù)不同）采樣點，能夠檢測磁條上方的磁場，每個采樣點都有一路信號對應輸出，磁條傳感器內(nèi)部垂直于磁條上方連續(xù)采樣，每個采樣點檢測到磁條都會輸出信號。磁條傳感器應用根據(jù)檢測到的磁性強度，將模擬量信號轉換成布爾數(shù)字量量信號，傳遞給控制器。路徑追蹤時，控制器根據(jù)磁條傳感器的輸入信號判斷AGV小車是否偏離軌道從而進行差速調(diào)節(jié)保證AGV小車沿著軌道行走。

本文選擇的磁條傳感器為興訟CNS-MGS-16-232磁條傳感器，這種傳感器同時支持I/O傳統(tǒng)的接線方式，也支持RS232通信。

3.2行走系統(tǒng)

在國內(nèi)，AGV制造領域主要采用無刷直流電機作為小車的動力電機。

無刷電機控制的基本原理是PLC輸送給無刷電氣驅動器以控制指令，無刷電機驅動器按照設定的參數(shù)控制電機的啟動、停止、調(diào)速等。基本過程如下圖所示：

圖4

本文選用興訟的無刷電機驅動器CNS-BLD-NC，這個類型的驅動器一臺驅動器可以同時驅動兩臺驅動器。磁條傳感器，可以直接與驅動器進行通信。驅動器根據(jù)接收的磁條傳感器信號，自動判斷小車是否偏離了軌道，對AGV后輪的驅動進行差速。興訟驅動器與電機的連接圖如下：

圖5

驅動器使用直流24V作為電源。1-10可以與PLC的I/O信號連接，通過0-5V電壓調(diào)整小車速度。RS232通信端口直接連接磁條傳感器。

差速AGV小車的轉向主要是電機差速來實現(xiàn)的，如圖所時，小車左輪的速度為V1，小車右輪的速度為V2。

圖6

AGV小車路徑追蹤時：當AGV小車開始運行時，小車前面的障礙物檢測傳感器沒有檢測到障礙物時，AGV小車開始追蹤。

當傳感器檢測到小車向左偏離時，控制器驅動電機進行調(diào)速V1>V2；傳感器檢測到小車沿著軌道運行無偏差時，V1=V2；傳感器檢測到小車向右偏離時，V1

3.3小車認址信號

小車認址也分為兩種形式，一種形式只是簡單的信號確認，第二種是可以確定小車的具體位置。目前在簡單的AGV系統(tǒng)中，第一種方式應用普遍。磁條的磁性分為N極性磁條和S性極性磁條，相應的傳感器也分為N極性和S極性傳感器。

在AGV小車行走過程中可以選擇N極性磁條和N極性傳感器分為作為AGV小車的路徑軌道和認址地址。在小車車體上安裝與認址磁條相對應的傳感器，小車行走到認址位置時，小車可以根據(jù)程序選擇停止、加速、減速等。

圖7

4、小車的軌道布置

小車的軌道是特制磁條鋪設而成，磁條寬度約為50mm。

小車的軌道布置是小車能夠實現(xiàn)功能，按照預期運行關鍵因素之一，應當合理布置小車的運行路徑。

小車的運行軌道如圖所示，小車的軌道應避免直角，拐彎處應采用圓弧形狀。在軌道的兩側可以布置地標，小車行走至地標時，停止行走，小車人工復位后，小車恢復行走。軌道兩側的地標，是設置小車停車點的關鍵。

AGV小車的控制控制面板及PLC的輸入、輸出分配。

本文中AGV使用三菱FX-3U PLC作為控制器，其輸入、輸出的I/O點分配如下圖所示：

表1　

5、小車的PLC程序

小車行走的基本流程圖

圖8

根據(jù)流程圖，編寫PLC控制程序。小車啟動后，檢測到小車障礙物檢測傳感器檢測（X10）檢測到小車前方無障礙物，同時小車的電機驅動器輸出

（X11、X12、X13、X14）判定小車沒有脫軌后，小車正常啟動運行。

小車啟動后，PLC的DA模擬量模塊輸出0-5V的電壓，通過控制驅動器控制小車的行走。

6、AGV小車的主要應用

AGV小車在工廠自動化領域的應用，目前主要集中在兩個方面，一是物料的轉運配送、二是輔助裝配。

物料的轉運配送是AGV小車最常見的應用方式。這類AGV小車結構本簡單，造價低，通常只有前進一個動作，可以進行圓弧旋轉。目前，這類AGV小車主要從事兩類工作場景，一類是大批量零部件的配送，小車一次托運多個料框，料框內(nèi)裝安順序裝好各類零件，直接配送至裝配現(xiàn)場。小車到達指定地點是自動將料框放下。其次就是大型零部件的轉運，小車車體上制作工裝，零部件直接放置在小車車體上實現(xiàn)轉運。另一類應用，主要就是輔助裝配。在汽車裝配過程，具有舉升功能的AGV小車可以方便汽車地盤下面零部件的安裝。隨著技術的進步，AGV小車逐漸增加了新的功能，對汽車制造領域產(chǎn)生更深遠的影響。

7、結束語

AGV小車在國內(nèi)制造業(yè)，尤其是汽車行業(yè)、物流業(yè)應用非常普遍，其優(yōu)越性得到了普遍認可。隨著中國人力成本的上升，AGV小車技術的應用必將越來越廣泛，有能力自主制造AGV小車的廠家越來越多，AGV小車制造行業(yè)也必將取得質(zhì)的的飛躍。

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AGV technology and its application in automobile manufacturing industry

Wang Junjian, Shang Xiaohui
( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co. Ltd, Shanaxi Xi’an 710200 )

Abstract:This article introduces the AGV superiority and application prospect, from the structure of AGV, control mode, drive from aspects this paper expounds the basic principle of AGV. Finally,AGV is explained in the application of steam east manufacturing.

Keywords:automated guided vehicle（AGV）; controller; magnetic navigation; automobile

中圖分類號：U468.8

文獻標識碼：B文章編碼：1671-7988 （2016）05-187-04

作者簡介：王軍建，就職于陜西重型汽車有限公司。