激光導(dǎo)引AGV 導(dǎo)航故障分析及維護

張發(fā)訊，李海軍，牛 鑫，韓澤楷

（云南白藥集團健康產(chǎn)品有限公司，云南昆明 650504）

0 引言

AGV（Automated Guided Vehicle，自動導(dǎo)向車）在智能制造領(lǐng)域自動化物流系統(tǒng)中起到關(guān)鍵作用，它代替人工重復(fù)搬運的工作，減少人工成本，解決人工搬運貨物的安全問題。

1953 年一臺由拖拉機改造的設(shè)備在一間雜貨倉庫沿著布置在空中的導(dǎo)線運輸貨物，這標志著AGV 的誕生。隨后AGV 小車相關(guān)研究逐步發(fā)展，20 世紀80 年代末國外的AGV 達到發(fā)展的成熟階段。中國AGV 發(fā)展歷程較短，為改變長期依賴進口的局面，國家加大在AGV 領(lǐng)域的投入，經(jīng)過不懈的努力在AGV 領(lǐng)域取得一定的成效。1995 年AGV 技術(shù)出口韓國，標志著自主研發(fā)的機器人技術(shù)第一次走向了國際市場。1996 年，利用NDC 技術(shù)生產(chǎn)了第一套AGV 驗證系統(tǒng)，這是中國制造的第一臺激光導(dǎo)引AGV 以及第一臺全方位運動AGV 小車。隨后激光導(dǎo)引型AGV 不斷完善，得利于其定位精度高，行駛路徑靈活多變，能適用于各種環(huán)境等優(yōu)點得到廣大用戶的認可。隨著“工業(yè)4.0”和“中國制造2025”這兩個概念的提出，AGV 具有長時間搬運、搬運量大、柔性高、搬運路線多變等優(yōu)勢深受各大智能制造企業(yè)的青睞。目前，激光導(dǎo)引、磁帶導(dǎo)引以及二維碼導(dǎo)引成為國內(nèi)AGV 產(chǎn)品主要的導(dǎo)航方式[1]。

激光導(dǎo)引AGV 通過參照物不同又分為環(huán)境導(dǎo)航方式和反射板導(dǎo)航方式。環(huán)境導(dǎo)航方式是通過提前對AGV 運行環(huán)境一些固定不變的物體進行測量，作為AGV 行駛過程中的參照物來確定AGV 的位置；反射板導(dǎo)航方式是預(yù)先在AGV 運行環(huán)境中布置好反射板，通過測量計算每一塊反射板在布局中的坐標，以反射板作為AGV 運行的參照物。環(huán)境導(dǎo)引方式對環(huán)境要求比較高，反射板導(dǎo)航方式適用于大部分場所[2]。

1 激光導(dǎo)航原理簡介

為了讓AGV 準確定位自己在布局中的位置，需要事先對該環(huán)境進行特殊處理。首先在AGV 運行環(huán)境中布置反射板，然后把安裝在AGV 上的激光掃描器LS2000 調(diào)平。在設(shè)計AGV 的時候會定義一個參考點為坐標原點，建立一個車輛的坐標系，通過測量激光掃描器中心點到參考點的距離得到激光掃描器在車輛坐標系中的坐標，AGV 設(shè)計時以兩個后輪的中心點為坐標系原點如圖1 所示[3]。此外把激光掃描器坐標寫入車輛控制器中，再通過測量軟件連接上AGV，手動牽著AGV 行走，LS2000 發(fā)射激光并接收反射板反射回的光束，測量軟件通過計算反射光線的夾角和距離可以確定反射板的位置，激光掃描器接收到反射板返回的光線如圖2 所示。這樣便可以得到各個反射板的坐標，再把這個反射板坐標文件導(dǎo)入到布局設(shè)計軟件中就可以得到一個二維坐標系的布局。在這個布局里面設(shè)計好AGV 的行走路線并導(dǎo)入車輛控制器和上位電腦中，AGV 沿著設(shè)計的路徑行駛，激光掃描器連續(xù)的測量與反射板的角度和距離，車輛控制器通過這些數(shù)據(jù)結(jié)合AGV的驅(qū)動、轉(zhuǎn)向編碼器的反饋值就可以計算出AGV 在整個布局中的位置。車載控制器和LS2000 的通信連接關(guān)系如圖3 所示[4]。

圖1 AGV 設(shè)計時以兩個后輪的中心點為坐標系原點

圖2 激光掃描器接收到反射板返回的光線

圖3 LS2000 與車載控制器的通信連接關(guān)系

2 導(dǎo)航原理分析

通過上述AGV激光導(dǎo)航的原理可以得出：

（1）反射板的位置一經(jīng)固定測量后坐標就是唯一的。

（2）LS2000 安裝固定后其坐標相對于車體是不變的。

（3）LS2000 是通過發(fā)射激光并接收反射板的反射光線來確定AGV 在布局中的坐標的。

由此可見，反射板激光導(dǎo)航方式雖然定位精度高，但是需要在AGV 運行環(huán)境中安裝大量反射板并且受反射板位置限制。

3 故障分析及故障處理

在云南白藥生產(chǎn)物流現(xiàn)場遇到過很多AGV 丟導(dǎo)航的實例。通過3 個實例結(jié)合激光導(dǎo)航原理分析造成AGV 導(dǎo)航丟失或?qū)Ш骄认陆档那闆r，并給出導(dǎo)航維護的方法。

（1）由于生產(chǎn)需要，現(xiàn)場設(shè)備的擺放位置不能絕對固定，需要時進行調(diào)整。因此導(dǎo)致AGV 每次經(jīng)過這個設(shè)備時會丟導(dǎo)航。

故障原因及處理辦法：經(jīng)過現(xiàn)場觀察分析激光掃描器識別到的反射板數(shù)據(jù)（表1）。發(fā)現(xiàn)該設(shè)備上安裝了一塊反射板，但激光掃描器并沒有測到這塊反射板的數(shù)據(jù)。經(jīng)過對激光導(dǎo)航原理的分析結(jié)合實際情況得出結(jié)論，由于設(shè)備移動了位置，反射板位置也發(fā)生變化，AGV 在使用的布局中這塊反射板的位置與實際位置產(chǎn)生偏差，因此AGV 不能識別這塊反射板，從而導(dǎo)致經(jīng)過該機組時丟失導(dǎo)航信號。所以在使用AGV 時要注意反射板的安裝位置，如果反射板位置發(fā)生變化，需要及時對反射板重新測量并把新測量后的文件輸出到車輛控制器中，測量后激光掃描器在該點識別到的反射板數(shù)據(jù)見表2。

表1 移動機組后AGV 丟導(dǎo)航的數(shù)據(jù)

表2 重新測量反射板后AGV 在同一個點識別到的放射板數(shù)據(jù)

（2）使用環(huán)境的變化。例如：地面潮濕、地面坑洼等外部原因，AGV 在使用半年后發(fā)現(xiàn)在站臺裝卸貨時偏差較大。

故障原因及處理辦法：通過對AGV 吊裝檢查時發(fā)現(xiàn)膠輪腐爛磨損嚴重，更換輪子后AGV 在站臺裝卸貨時沒有再出現(xiàn)偏差過大的問題。由此可見輪子磨損導(dǎo)致車身傾斜，激光掃描器的坐標發(fā)生變化，收到反射板反回的光線角度和距離發(fā)生改變，所以AGV 移動的位置會出現(xiàn)偏差。因此在使用過程中要定期對AGV 驅(qū)動輪和支撐輪檢查，及時更換損壞的輪子，保證AGV 正常工作。

（3）有2 臺AGV 在使用一段時間后發(fā)現(xiàn)總是不定點的導(dǎo)航丟失，其他車輛工作正常沒出現(xiàn)丟導(dǎo)航的情況。

故障原因及處理辦法：觀察發(fā)現(xiàn)丟導(dǎo)航的AGV 激光掃描器鏡面已經(jīng)覆蓋一層粉塵，用干凈的棉布擦拭干凈后AGV 便不再出現(xiàn)丟導(dǎo)航的情況。由此可見激光掃描器鏡面污染會導(dǎo)致接收不到反射板的光線。為了驗證反射板被污染，反光性下降導(dǎo)致激光掃描器不能識別到反射板，模擬了一個實驗，實驗數(shù)據(jù)見表3。首先測出正常情況下反射板的數(shù)據(jù)（表3 的數(shù)據(jù)1），把一塊反射板完全遮擋再測量此時的反射板數(shù)據(jù)（表3 數(shù)據(jù)2），把反射板表面污染使得反光性下降在測量此時的反射板數(shù)據(jù)（表3 數(shù)據(jù)3），把這3 組數(shù)據(jù)做對比可以得出結(jié)論，當反射板被遮擋、或被污染導(dǎo)致反光性降低時也會導(dǎo)致AGV 丟導(dǎo)航。所以在日常使用中要注意清潔激光掃描器的鏡面，并保證反射板不被遮擋，如果發(fā)現(xiàn)反射板表面泛黃，反光性降低的要及時更換。

表3 三種情況下測量得到反射板的數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語

通過上述實例以及激光導(dǎo)引的原理可以得出以下結(jié)論：①反射板位置變化，實際位置和測量位置的坐標不一致，導(dǎo)致AGV 丟導(dǎo)航；②如果輪子磨損嚴重，激光掃描器傾斜也會導(dǎo)致導(dǎo)航精度降低或者出現(xiàn)丟導(dǎo)航的情況；③反射板表面泛黃反光性降低、反射板被遮擋或者激光掃描器的鏡面污染，激光掃面器接收不到反射板返回的光線，就會出現(xiàn)導(dǎo)航精度低或者丟導(dǎo)航的情況。因此在AGV 的使用和維護時也要注意對AGV 導(dǎo)航環(huán)境的維護，及時發(fā)現(xiàn)問題，才能保證生產(chǎn)順利進行。