激光導(dǎo)航AGV在機(jī)車系統(tǒng)的應(yīng)用

車 菲 （沈陽新松機(jī)器人自動化股份有限公司，遼寧 沈陽 110169）

激光導(dǎo)航AGV（Laser Automatic Guided Vehicle，LGV）是一種無人駕駛的激光自動導(dǎo)引運(yùn)輸車。激光導(dǎo)引是在AGV行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板，AGV通過激光掃描器發(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)前的位置和航向，并通過連續(xù)的三角幾何運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)AGV的導(dǎo)引。它是目前國外許多AGV生產(chǎn)廠家優(yōu)先采用的先進(jìn)導(dǎo)引方式，國內(nèi)極少數(shù)公司才能將激光導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用于AGV產(chǎn)品上。

新松機(jī)器人自動化股份有限公司，始終走在自動導(dǎo)引車技術(shù)開發(fā)創(chuàng)新的前沿，擁有完全自主控制技術(shù)的多種型號自動導(dǎo)引車（AGV），用戶面向國內(nèi)外。在激光導(dǎo)引AGV領(lǐng)域，新松公司開發(fā)出基于CAN總線的控制部件，并且成功應(yīng)用于各種AGV上，增強(qiáng)了自動導(dǎo)引車控制系統(tǒng)的可靠性。這項(xiàng)核心控制技術(shù)的掌握，填補(bǔ)了國內(nèi)物流高端設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域的空白，促進(jìn)了這種物流高端設(shè)備在我國的應(yīng)用。

此項(xiàng)技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是，AGV定位精確；地面無需其他定位設(shè)施；行駛路徑可靈活多變，能夠適合多種現(xiàn)場環(huán)境，它是目前國內(nèi)外應(yīng)用較先進(jìn)的導(dǎo)引方式；缺點(diǎn)是制造成本高，對環(huán)境要求較相對苛刻（外界光線，地面要求，能見度要求等），不適合室外（尤其是易受雨、雪、霧的影響）。

以下是某大功率機(jī)車檢修基地采用新松機(jī)器人自動化股份有限公司設(shè)計(jì)的激光導(dǎo)引AGV來運(yùn)輸大型部件的實(shí)例。 和諧型大功率機(jī)車是我國鐵路引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新的重大成果，是具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)、世界上最先進(jìn)的機(jī)車（如圖1），是我國鐵路未來客貨運(yùn)輸?shù)闹髁C(jī)型。和諧型大功率機(jī)車檢修基地的建設(shè)，將承擔(dān)和諧型大功率電力機(jī)車綜合維修和生產(chǎn)制造任務(wù)，可以有效實(shí)現(xiàn)大功率機(jī)車的專業(yè)化、集中化檢修，促進(jìn)我國裝備制造業(yè)水平的提升。其生產(chǎn)線上應(yīng)用的AGV輸送車，具有無軌、智能、站點(diǎn)識別、自動導(dǎo)引、無線通訊能力，在自動運(yùn)行時有較高的靈活性，其應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了機(jī)車檢修基地大部件運(yùn)輸管理的自動化、智能化、信息化，提高了工作效率，降低差錯率，同時也使作業(yè)流程綜合自動化水平邁上一個新的臺階。

圖1 某大功率機(jī)車檢修基地的AGV車體實(shí)物圖

1 激光導(dǎo)航工作原理

激光掃描器利用反光板，通過三角測量原理測定AGV在坐標(biāo)系的位置，系統(tǒng)的反光板數(shù)量是冗余的，再通過求解誤差方程來消除系統(tǒng)誤差對測量結(jié)果的影響，最后在加上AGV本身速度對測量結(jié)果的修正（如圖2、圖3）。AGV的運(yùn)行速度越高，測量的誤差越大，所以要想實(shí)現(xiàn)高精度的停車，必須使AGV做一段低速的運(yùn)行。反光板的最大極限距離為70m，一般建議反光板最好在5～10m范圍，這樣測量的精度最高。軟件版本滿足160m×100m的運(yùn)動范圍要求。

圖2 激光導(dǎo)航工作原理

圖3

激光掃描器內(nèi)部的控制器，通過內(nèi)部的地圖信息來分辨來自真正反光板或其他反射物體（如燈、窗戶、鋼板和太陽光）的不同反射光。有效地降低激光掃描器對其他干擾光源（如燈、窗戶、鋼板和太陽光）的敏感程度，濾出其他光源的干擾。

AGV使用專用旋轉(zhuǎn)式激光測量傳感器，測量速度快，精度高，通常稱作激光頭。該傳感器使用紅外波段，低能量脈沖式激光，且不使用傳統(tǒng)的點(diǎn)式光源的光路，激光的光路發(fā)散， 可保證在任何情況下均不會對人眼造成傷害，該傳感器使用“測距＋測角”的測量算法，使用專用處理器計(jì)算位置信息，即保證了系統(tǒng)的測量速度，又提高了測量的可靠性和精度，可充分保證AGV的控制精度。

采用激光導(dǎo)航的方法，反光板是其中的主要構(gòu)成元素，反光板由平面反光膜或圓柱形反光膜構(gòu)成，安裝在專用型材支架上。新松公司使用激光導(dǎo)航方式，地面無任何誘導(dǎo)線，現(xiàn)場施工量很小，可比較靈活的改變路徑，使系統(tǒng)的柔性更大。

2 AGV基本參數(shù)技術(shù)要求

AGV的機(jī)械結(jié)構(gòu)由車架，驅(qū)動裝置等組成（如圖4）。

驅(qū)動方式：全方位驅(qū)動

導(dǎo)航方式：激光導(dǎo)航

AGV導(dǎo)航精度為±10mm。

停車位置精度為±10mm。

AGV最大速度為42m/min。

AGV在運(yùn)行前方裝有非接觸式激光防碰傳感器，當(dāng)AGV運(yùn)行時，前方一定距離內(nèi)發(fā)現(xiàn)障礙物，AGV可減速停車，保證AGV及周邊人員設(shè)備的安全。

車體尺寸 3 180×1 500×2 125（mm）。

AGV負(fù)載能力：3 000KG。

通訊方式為：無線局域網(wǎng)。

圖4

3 AGV電氣系統(tǒng)的構(gòu)成

國產(chǎn)自主控制技術(shù)的激光導(dǎo)引AGV主要由車載控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、激光定位系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和手動維護(hù)系統(tǒng)等部分構(gòu)成（如圖5）。實(shí)現(xiàn)了AGV控制器的通用性與模塊化，各功能模塊性能穩(wěn)定可靠且分工明確，即保證了AGV整體性能的靈活配置，又便于不同系統(tǒng)功能的擴(kuò)充與維護(hù)。

在新松公司的系統(tǒng)中，各個子系統(tǒng)與車載控制器的連接通過CAN總線的方式交換信息，既減少了AGV的線束，又便于系統(tǒng)的維護(hù)，同時系統(tǒng)可以很方便地進(jìn)行裁減。

圖5

4 AGVS系統(tǒng)構(gòu)成

AGV控制臺是AGV系統(tǒng)的中央管理器，它主要負(fù)責(zé)對整個AGV系統(tǒng)進(jìn)行管理、調(diào)度和維護(hù)，其主要有任務(wù)分配和避碰管理等功能（如圖6）。

圖6 系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)

由于采用集中控制的方式，控制臺將成為AGVS系統(tǒng)的核心。它向上可以與上級管理計(jì)算機(jī)相連接，向下通過無線局域網(wǎng)與系統(tǒng)中的AGV相連接。在多AGV系統(tǒng)中，AGV是按照各自的任務(wù)程序運(yùn)行的，各AGV本身不能進(jìn)行系統(tǒng)避碰協(xié)調(diào)，AGV系統(tǒng)控制臺可根據(jù)系統(tǒng)中各AGV的位置與狀態(tài)自動地發(fā)現(xiàn)可能發(fā)生碰撞的情況，并發(fā)出掛起指令，暫時停止低優(yōu)先級AGV的運(yùn)行，在碰撞的可能性消失時，能夠發(fā)出指令解除AGV的掛起，允許AGV繼續(xù)運(yùn)行。

控制臺負(fù)責(zé)AGV運(yùn)行中的交通管理。保證運(yùn)行中的AGV與AGV間不發(fā)生碰撞和AGV追尾等事故。控制臺將對進(jìn)入系統(tǒng)和退出系統(tǒng)的AGV進(jìn)行管理，以保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。

避碰管理：在多AGV系統(tǒng)中，AGV是按照各自的任務(wù)程序運(yùn)行的，各AGV本身不能進(jìn)行系統(tǒng)避碰協(xié)調(diào)，AGV系統(tǒng)控制臺可根據(jù)系統(tǒng)中各AGV的位置與狀態(tài)自動地發(fā)現(xiàn)可能發(fā)生碰撞的情況，并發(fā)出掛起指令，暫時停止低優(yōu)先級AGV的運(yùn)行，在碰撞的可能性消失時，能夠發(fā)出指令解除AGV的掛起，允許AGV繼續(xù)運(yùn)行。

該系統(tǒng)各組成部分之間采用無線以太網(wǎng)通信方式。任務(wù)管理操作終端與管理軟件被分配在工作區(qū)的立式終端中，與AGV控制臺之間采用無線通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。AGV控制臺終端與AGV充電機(jī)被置于AGV工作區(qū)邊，以便無線信號良好覆蓋，與各AGV之間實(shí)現(xiàn)無線以太網(wǎng)通信。AGV充電機(jī)信號經(jīng)由以太網(wǎng)IO模塊經(jīng)由通信線纜直接與AGV控制臺互連。

在日常使用過程中，用戶僅需對位于工作區(qū)的任務(wù)管理終端下達(dá)運(yùn)輸指令和相關(guān)信息，管理軟件即對所產(chǎn)生的指令下達(dá)給AGV控制臺，從而AGV控制臺分配AGV執(zhí)行各運(yùn)輸指令。AGV的運(yùn)動路徑規(guī)劃及調(diào)度管理，以及充電調(diào)度均由AGV控制臺自行完成，無需人為管理操作（如圖7）。

圖7

5 結(jié)束語

隨著科技的發(fā)展，自動搬運(yùn)技術(shù)的實(shí)施勢在必行，因此受到越來越多的關(guān)注。在眾多的搬運(yùn)技術(shù)中，因?yàn)锳GV的優(yōu)越性，使其成為物流運(yùn)輸中自動搬運(yùn)的最佳解決方案。

激光導(dǎo)航AGV在大功率機(jī)車檢修基地的應(yīng)用充分展現(xiàn)了其運(yùn)作特點(diǎn)，其定位精準(zhǔn)，靈活應(yīng)用于工藝流程的變更，改變了傳統(tǒng)的人工運(yùn)輸，促進(jìn)了企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和飛速發(fā)展，改善了工人的作業(yè)環(huán)境，提高了自動化生產(chǎn)水平，提高效率的同時，也為企業(yè)爭得了很好的效益。

國產(chǎn)激光導(dǎo)引AGV的誕生，是我國物流發(fā)展史上的光輝一筆。它正在以勢不可擋地趨勢涌進(jìn)更多的行業(yè)，滿足更多用戶的需求，為我國物流產(chǎn)業(yè)向高端技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展做出不可磨滅的貢獻(xiàn)。