基于AGV 的自動運輸及轉接單元設計

于 洪

（廣州普華靈動機器人技術有限公司， 廣東 廣州 510800）

引言

近年來，AGV 導航在工業領域被廣泛應用，尤其是物流行業和機加工行業，其通過引導小車沿規定的路徑行駛，可以實現物流和零件輸送的柔性和自動化，實現無人、準確、安全、智能的貨物轉載運輸、自動上架貨架等功能[1]。

本文擬設計一套物流產品和機加工零件（后面用物料代替）的自動運輸及轉接單元，作為AGV 自動運輸及轉接網絡建設的最小單位。良好的AGV 自動運輸及轉接網絡用于物流行業，可以實現多種物料，多種搬運方案的組合，完成大范圍的自動裝載、自動轉運和自動卸料：用于加工行業，可以完成不同加工工位的零件的自動轉運，實現真正的無人工廠目標。

1 AGV 導航小車及物料基站的設計

智能物流、無人化工廠的建設都需要真正實現物料、零件、產品轉運的自動化和無人化，形成大量物料、零件、產品的網絡化轉運，本單元擬設計一套物料的自動運輸及轉接單元，包括設計一個專門的AGV 導航小車和相應的物料基站和磁條導軌的建設。該系統將選擇廣州普華靈動機器人技術有限公司（蜂系列）磁條導航AGV 底盤，其為普華靈動針對小配重物流物料開發出的快速物流專用AGV，該系列具有體積小、速度快、自主充電、自動避障等優點。該AGV 小車采用磁條導航原理，兩輪差速驅動，其底部安裝有專門的磁條傳感器，配以相應的程序，可以沿著安裝好的磁條導軌自動行走。

如圖1、圖2 所示，圖1 為普華靈動（蜂系列）AGV 底盤，圖2 為根據設計需求與AGV 底盤設計的AGV 導航小車，該小車可分為AGV 底盤、車架、滾輪滑道、擋塊撞頭和活動擋塊5 個部分。為了完成物料的自動運輸及轉接功能，為本系統設計了物料A 站和物料B 站，作為物料的自動運輸及轉接的起點和終點，具體結構如圖3 所示[2]。

圖3 物料基站設計圖

在整套系統中，物料A 站為物料的運輸和轉接的起點，裝載物料的物料箱體會放在物料A 站上的滾輪滑道上，由物料A 站上的活動擋塊頂住；當系統開始工作時，AGV 導航小車會沿著磁條導軌，抵達物料A 站正前方，并直接撞向物料A 站。在撞擊過程中，AGV 導航小車上的擋塊撞頭會撞向物料A 站上的活動擋塊，活動擋塊便會繞著其安裝軸轉動，從而使得活動擋塊上的擋塊向下旋轉，直至活動擋塊全部轉到滾輪滑道平面以下，此時，裝了物料的物料箱體便會在重力的作用下沿著滾輪滑道向AGV 小車的滾輪滑道滑動，直至頂住AGV 導航小車的活動擋塊，完成物料從物料A 站到AGV 導航小車的轉接。當AGV 導航小車完成物料的轉接以后，便可以脫離物料A 站，沿著磁條固定路線運動（與此同時，物料A 站重新裝載物料箱體），直至到達物料B 站位置，當到達物料B 站位置后，AGV 導航小車便會撞向物料B 站，同從物料A 站轉運物料箱體原理，物料B站上的撞頭撞到AGV 導航小車上的活動擋塊以后，AGV 導航上的活動擋塊便會繞著其安裝軸轉動，活動擋塊上的擋塊轉到滾輪滑道平面以下，AGV 導航小車上的物料箱體沿著滾輪滑道向物料B 站上滾輪滑道滑動，直至完全進入物料B 站位置，完成物料從A 站到B 站的卸料[3]。另外，為了保證整套設計方案的真正實現，需要說明以下幾點：

1）物料基站和AGV 導航小車的活動擋塊下端需為質量較大的重物，保證物料箱體可以被活動擋塊頂住；

2）為了保證物料基站和AGV 導航小車撞擊時不會撞壞東西，基站和小車撞擊時小車的運動速度需要調得較低，且撞擊面上需要安裝一些橡膠墊，緩沖撞擊力；

3）滑輪滾道兩側的連桿要比滾輪高些，防止物料箱體滑動時脫離滾道。

2 AGV 自動運輸及轉接單元磁條導航路線的設計

2.1 磁條導航路線的設計

磁條導引是指在工作區域鋪上特定軌跡的磁條，AGV 小車通過其底部的磁傳感器檢測磁條的磁信號自動定位行走的導引方法。該導引方法可以驅動運輸小車按照實際需要的運動方案行走，即通過地面鋪設的磁條導軌給于AGV 小車運動指令，由車載控制系統負責AGV 導航計算，導引實現AGV 小車行走，再配合AGV 小車本身的機械功能，可以實現小車自動裝載、自動行走、自動卸料的功能[4]。

本單元設計了特定的AGV 小車導航路線，其應用目的是通過磁條導引的方法，自動將特定的物料從物料A 站搬運到物料B 站，實現整個搬運過程的自動化和無人化。

如圖4 所示，物料A 站和物料B 站分別為兩個具有功能要求的AGV 基站，這里需要將物料從物料A 站輸送到物料B 站，其橫向距離為8 m，本單元將其中間的搬運路線設計為如圖4 所示的路線，空白的地方可以安裝相應的物流設備或者加工設備，為了方便AGV 導航小車拐彎行走，其路徑需要設計為弧線[5]。

圖4 AGV 小車導航路線設計（單位：mm）

2.2 AGV 自動運輸及轉接單元模型的設計

根據整套AGV 自動運輸及轉接單元的磁條導航路線設計，現設計其硬件模型如圖5 所示，物料A站和物料B 站之間鋪設了如圖4 所示的磁條導軌，該導軌的兩端正對物料A 站和物料B 站，AGV 導航小車可以通過磁條傳感器在導軌上按照AGV 自動運輸及轉接單元的移動方案移動，即AGV 導航小車先在物料A 站裝載物料，再移動到物料B 站卸掉物料，然后再回到A 站繼續裝載物料，再運到物料B站，形成連續不斷的物料的自動裝載、自動運輸和自動卸料的自動化單元。

圖5 AGV 自動運輸及轉接單元設計模型

2.3 AGV 自動運輸及轉接單元磁條導航程序的設計

根據整套AGV 自動運輸及轉接單元設計，該AGV 導航小車需要沿著磁條導軌從物料A 站到物料B 站運動，其運動過程需要磁條傳感器感應鋪設好的磁條導軌路線，并配以適當的程序進行控制，其AGV 小車磁條導航控制主程序如下：

3 磁條導航自動運輸及轉接單元的優點

1）特定磁條導軌的鋪設，可以保證AGV 磁條導航小車沿著固定路線行駛，不容易發生搬運過程的障礙物阻擋事件，AGV 磁條導航小車可以更加精確地與物料基站進行物料箱體的裝載和卸料。

2）磁條導航成本較低，可以根據需要調整、擴展相應的導軌，及時調整AGV 小車的行進路線，且編程簡單，容易更新整個AGV 導航系統。

3）磁條導航更加穩定，不容易被其他單元所干擾，選擇磁條導航的方式更容易建設多個導航單元的組合，形成AGV 導航的自動運輸及轉接網路。

4 結論

采用AGV 磁條導航原理設計的一套物流產品和機加工零件的自動運輸及轉接單元，實現了物料從一端轉運到另一端的自動裝載、自動運輸、自動卸料的功能，可以作為AGV 自動運輸及轉接網絡建設的最小單位，同時，多個AGV 自動運輸及轉接單元組合在一起，配以其他的自動化設備（機器人、自動化裝置），可以完成復雜的運輸及搬運任務，形成自動運輸及轉接網路，從而提高產業自動化水平，提高企業工作效率。