淺談AGV系統控制方式及其應用

摘 要：隨著科技的發展人工配送成本的提高，工業AGV技術進入了新的階段;AGV根據應用場景，其系統控制方式演化出激光導引控制、磁條導引控制、和視覺導引控制;伴隨著AGV技術的革新，在傳統的汽車制造行業、倉庫物流行業和醫療運輸行業，也在舍棄原始的物料配送模式，引用AGV配送系統，加速其自身自動化的提高。本文闡述了AGV系統機構和控制方式，以及AGV控制系統在不同行業中的應用，最后，對AGV控制發展的未來趨勢進行了探討。

關鍵詞：AGV;控制方式;導引

AGV又稱自動引導車或無人駕駛車，是指帶有磁傳感器或光傳感器的引導設備，沿著固定的工藝路線形式，并且具有載物平臺和舉升平臺，同時自身帶有安全保護的移動運輸車輛，在實際應用中不需要駕駛員并卻可以自動補充電量動力能源的設備[ ]。根據AGV自身應用的功能特點，企業將使用AGV替代繁重的人工運輸、惡劣環境下的人工搬運以及危險情況下的人工操作等工作;AGV的使用必將使企業節約大量人工成本，同時也讓員工從繁重、危險的工作環境解放出來，提高了企業經濟效益和員工工作的幸福率。

1.AGV的結構

AGV控制系統是依據主控模塊、功能模塊以及通訊總線之間的相互連接，通過導航裝置采取信息，反饋到主控模塊進行AGV的行走驅動。

如圖1所示AGV主要是有車身和相應的機械結構所組成，是AGV的外形結構;蓄電和充電裝置，則為AGV提供24V或48V的動力能源;驅動裝置則是由萬向輪、驅動輪、行走電機以及驅動控制器等部分合成，是控制AGV運行主要裝置;導引裝置是接受地面信息反饋給主控，通過轉向裝置來控制方向;控制器則是接受控制中心的指令執行動作，并把自身狀態（如速度、位置等）反饋給控制中心;通訊裝置主要是實現AGV與地面控制和地面監控設備實現信息交互[ ];安裝裝置則是通過區域掃面，檢測前方障礙物并反饋給控制器，以此來控制運行和停止;移栽裝置主要是和運載貨物直接接觸、貨物在上面直接運輸。

2.AGV控制方式

2.1激光導引控制方式

激光導引式AGV是能夠通過激光導引的方式，實現AGV自動導引，并在殼體上方安裝承載物架，用于運輸。利用超聲波傳感器組成測距環，防止碰撞;并利用激光掃描儀組成激光導航系統導航;殼體內的伺服電機控制器與左右兩側的伺服電機構成雙閉環控制系統。

如圖2所示激光導引式AGV在運行的過程中，超聲波傳感器呈扇形分布，檢測前方180角度障礙物信息;前后四個萬象輪起到支撐作用和協助驅動差速輪實現轉向功能;車體中間的兩個輪作為驅動輪，連接私服私服電機;這種機構與四輪式AGV相比，可以承載更多重量，運行速度平穩，對路面適應能力強。主控CPU根據超聲波反饋的信息對小車進行加減速和剎車，通過地標和上位調度系統進行工位停止或原地旋轉的功能以及更加復雜的慢速轉彎功能;私服電機的速度與方向都是通過私服控制器進行控制，而私服電機控制器進行減速調節采用的是差速法或DA調速法。

2.2磁導航控制方式

磁導航式AGV控制方式，主要包含主控CPU、驅動控制器、感應磁裝置、主控制輪、RFID傳感器、從動萬向輪、舉升裝置和聲波傳感器;在車體內主驅動輪分別固定在中間左右兩側，稱為主驅動輪;從動轉向輪分別安裝于四周，RFID固定做主動輪側，磁感應傳感器跟別固定前后中間位置;以上所述的元器件位于車體內部并通過電路和RS232串口連接控制單元，而主控CPU通過網線連接驅動控制器，驅動控制器單向連接行走電機，以此來組成整個控制系統環路。

如圖3所示磁導航式AGV在運行的過程中，主控CPU通過網線連接聲波傳感器獲取信息，讀取小車前方障礙物是否存在，以此來控制是否運行;通過RS232與前后兩個磁感應傳感器來確定運行的路線軌跡;并且主控CPU將控制信號通過網線傳輸至驅動器，通過兩個驅動控制器來控制兩個驅動電機，來實現小車根據地面導引裝置進行直行、轉彎、加減速等動作控制。

2.3視覺導航控制方式

視覺導航AGV控制系統，主要包含主控CPU、供電的超級電容系統、用于傳輸信號的無線通訊模塊和用于控制驅動AGV行走電機驅動模塊、帶動AGV運行和轉向一體的舵輪電機、識別導引條和二維碼的P+F攝像頭、以及自動補充電量絲桿電機，以上元器件都是安裝在殼體內部，殼體表面還設有用于實現參數設置、狀態顯示與交互式操作的人間交換HMI以及承載物料的自動舉升裝置。其中主控CPU分別與通訊模塊、電機控制模塊和P+F攝像頭通過RJ54網線頭連接;通過以上的元器件的連接，組成AGV控制系統內部的電路和網絡，如下圖4所示;

在視覺導航AGV行駛過程中，通過視覺攝像頭識別岔道，曲線和其他標記線，獲得AGV主體和路線指引線之間的數據;主控CPU對獲得的位置和方向偏差進行糾偏處理，從而指導AGV的運行方向;使用Sick掃描模塊來監視AGV在運行過程中的周圍環境;通過調度與主控計算AGV到目標之間的最佳路徑。它可以與上級調度實時通信，以實現視覺導航，區域掃描，運行軌跡，地標定位等功能。

3.AGV控制系統的應用

3.1汽車制造的應用

汽車行業是目前工業自動化程度最高的行業之一，而在汽車制造過程中AGV控制系統作為總裝、發動機等生產線的子系統，上位調度系統可以和產線生產系統相互連接，根據產線需求，對AGV發出調度命令。AGV不僅可以作為物料運輸車輛，還可以充當工作平臺、加工平臺使用，他們即使自由獨立的，有可以進行有序的組合銜接;AGV作為可移動的載體，不但能夠實現物料的運輸，而且還可以根據個工藝的需求實現姿勢的調整，很大程度上提高工作效率，降低員工勞動難度和強度。

3.2物流倉庫的應用

自動物流倉庫系統，AGV接收來自物流調度系統命令調度AGV運輸手推車，并完成系統的倉儲，出貨和退貨。當調度系統獲取任務時，將根據正在執行的任務的當前AGV情況將其選擇性地發送到AGV小型運輸工具，一般原理是使用漏斗方法。當AGV運輸車閑置時，從數據庫中存儲的未執行任務中，經過空間距離計算模型后，應執行最短距離的任務并將其發布到AGV車身控制系統，并且然后AGV運輸車輛將執行該任務，減少AGV無效運行的距離，并最終提高自動化倉庫物流的效率。

3.3醫院物流的應用

醫院物流傳輸系統的應用是醫院現代化的重要標志之一[ ]。與傳統的鏈條運輸和軌道運輸相比，AGV控制系統運輸和懸掛小車運輸具有動作迅速，運輸效率高，可操作性強，安全等級高的優點。使用傳統的物料搬運設備相反，AGV運輸行走路線不需要鋪設導軌，托架和其他固定設備，并且不受場地、區間和外部環境的限制。當前醫院的AGV物流控制系統所用的AGV車由左右兩個電動機驅動，以不同的速度組合來驅動其運動，并且通過驅動控制行走裝置來獲得平面上的二維X， Y）進行協調，形成差速控制，使用兩個或多個萬向輪作為輔助調節AGV運行穩定性，并在到達提取點后進行新的手動卸藥

4.AGV控制發展的未來趨勢

未來AGV控制發展應該趨向于室內到室外。目前AGV多適用室內，而隨時需求的發展，戶外或半戶外AGV控制技術將逐漸完善和進行使用。戶外AGV控制應用一直是應用技術難點，受制于惡劣的自然環境，如：溫度、濕度、雨雪等惡劣天氣。作為AGV供應商，更應該注重技術研發產品升級，如防雨雪的導航裝置、防止路面坑洼的驅動裝置等特殊技術上 ，以提高戶外應用的理想效果。

4.1模塊化

AGV的機械結構應朝著模塊化、易構化等方向發展。例如，行走電機、驅動控制器和控制系統和電源模塊的集成，在結構上有機械重新分配。

4.2集成化

AGV的控制系統正由PLC控制朝PC控制端發展，便于系統的集成化、標準化和網絡化，增強兼容性、可擴性、可操性和遠程維護。

4.3高精化

AGV的自動化和信息化的提升，要求整體AGV小車控制精度、運算精度、檢測精度和避讓精度也越來越受重視。

4.4二極化

AGV的發展不僅要趨向于工業自動化的需求，同時也要趨向于辦公室人為接觸式發展。

4.5智能化

AGV的發展應用不僅要作為物流運輸工具，同時也要偏向于平臺搭建，根據應用需求實現智能化操作。

5.結論和展望

AGV的控制方式的區分主要依據導航模式的劃分，在實際的應用的過程中，根據應用場景不同，對于AGV的外觀結構、功能選擇、控制模式等多方面選擇都是主要影響因素;因此AGV產品在開發的過程中，無法做到規模化，這也是限制非標自動化企業發展的重要因素。

目前AGV小車在我國市場快速發展，出現不少關于AGV制造類企業，有研發控制系統的、有研發導航系統的、有研發調度系統的、也有研發車體的，這也導致企業之間同質化越來越嚴重，技術人才與創新。隨著人工智能、5G等新技術的發展應用，必將給AGV發展帶來新的機遇，不斷融合各種新的技術，開發出適用于各種情景的設備產品。

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作者簡介：

陳文龍（1992.02.28），男 ，漢，河南省夏邑縣，電氣工程師，助理工程師，本科.