AGV 小車在玻纖整經車間經軸轉運系統中的應用

黃健健,李曉敏,陳 聰,王曉磊

(南京玻璃纖維研究設計院,南京 210012)

1 AGV小車轉運系統工作原理

在轉運系統工作過程中,調度系統可以通過相應的無線電通訊系統進行任務分配,系統分配對象主要為AGV 小車。AGV 小車根據相應的任務指令通過預先制定好的行進路線向任務點行駛,向任務點行駛過程中,運行路線上布置反光柱,AGV 小車通過發射激光束,掃描整個作業場景里的反光柱,在調度系統的協助下,實現AGV 的SLAM 自主導航,保證AGV 小車行進過程中的精確定位及行駛路徑的靈活多變。

AGV 小車在運行過程中,通過無線電通訊系統與調度系統進行相互聯系。在此過程中,AGV 小車會將自身的狀態及任務完成情況實時上傳給調度系統,并在相應監控系統中顯示。此外,在運行過程中出現交通堵塞時,AGV 小車會通過自身導航系統自動避讓。當AGV 小車電量低于設定值時,能自動行駛至充電樁進行充電,充電開始和結束的信號均會被采集并反饋至調度系統進行系統控制,如圖1所示。

圖1 自動化轉運系統的原理結構示意圖

2 玻纖整經車間經軸轉運系統

玻纖整經車間經軸自動化轉運系統包括整經機、并軸機、循環式經軸庫、經軸存放區、AGV 小車、AGV小車等待位及調度系統。轉運系統主要包含4 條路徑,如圖2所示。

圖2 自動化轉運系統的實施路徑示意圖

(1)整經機-并軸機工序完成并將經軸放置于經軸限位后,向調度系統發送轉運滿經軸信號及經軸信息;調度系統獲取信號后,向AGV 小車發送轉運指令;AGV 小車前往整經機-并軸機尾端經軸限位處將滿經軸轉運至經軸存放區;AGV 小車完成安放指令后向調度系統發送任務完成信號并返回等待位。

(2)并軸機向調度系統發送滿經軸需求信號;調度系統接收信號并向AGV 小車發送運輸指令;AGV 小車根據指令前往經軸存放區將滿經軸運輸至并軸機準備區經軸限位處;AGV 完成安放指令后向調度系統發送任務完成信號并返回等待位。

(3)整經機向調度系統發送空經軸需求信號;調度系統將空經軸需求指令發送給AGV 小車及循環式經軸庫;AGV 小車接收指令后從等待位運行至循環式經軸庫前等待;循環式經軸庫接收指令后將空經軸轉運至出庫位,并向調度系統發送空經軸準備完成信號;調度系統對AGV 小車發送取空經軸指令;AGV 小車接收指令后通過叉取方式將空經軸從循環式經軸庫中取出運送至整經機尾端經軸限位處;AGV 小車完成安放指令后向調度系統發送任務完成信號并返回等待位。

(4)并軸機并軸完成后向調度系統發送轉運空經軸信號;調度系統將空經軸轉運指令發送給AGV 小車及循環式經軸庫;AGV 小車接收指令后從等待位運行至并軸機前經軸限位處,將空經軸轉運至循環式經軸庫前等待;循環式經軸庫接收指令后將運輸一個空庫位至出庫位,并向調度系統發送空庫位準備完成信號;調度系統對AGV 小車發送空經軸放置指令;AGV小車接收指令后將叉取的空經軸放置于循環式經軸庫空庫位中;AGV 完成安放指令并向調度系統發送任務完成信號并返回等待位。

3 AGV 小車在自動化轉運系統中的功能

3.1 AGV小車形式

AGV 小車采用叉車形式,叉車本體為平衡重式叉車,單舵輪驅動,負載可達2 t,舉升行程1 400 mm。該AGV 小車的貨叉距間范圍可調,調節行程達300 mm。通過調節叉距范圍,可對不同長度的經軸進行叉取轉運。此外,貨叉尖端設置光電檢測傳感器,當貨叉尖端沒有對正插孔或者前方有遮擋物時,AGV 緊急停車,如圖3所示。

圖3 自動化轉運系統中AGV 小車

3.2 AGV小車調度管理

(1)AGV 小車配置激光導航傳感器,用于掃描環境信息并采集用于創建地圖的數據,根據掃描環境信息,確定機器人在地圖中的方位,進而實現自主導航,如圖4所示。

圖4 激光導航場景圖

(2)AGV 配置激光避障傳感器和安全觸邊來確保運行過程中的安全。

(3)AGV 采用鋰電池供電,性能可靠,使用壽命長,AGV 具有自動充電功能。可通過無線電通信網絡與調度系統進行通信,接收任務指令并反饋狀態信息。

3.3 AGV小車通信傳輸

AGV 小車通過無線電通信系統與上位計算機調度系統進行相互聯系,并在此基礎上接收調度系統的任務分配并將任務完成情況實時上傳。AGV 小車與調度系統之間通信暢通有利于提高整個自動化轉運系統的工作效率。同時,通過無線電通信系統,調度系統可對AGV 小車的程序進行及時修改及更新。

3.4 AGV小車控制管理

AGV 小車的控制管理主要表現在AGV 小車的安全防護(見圖5)。在AGV 小車的四周合適位置設置急停按鈕,按下急停按鈕后AGV 小車會緊急停車并發出警報;AGV 小車設置激光避障傳感器,用于非接觸情況下檢測障礙,根據距離遠近設置不同的警示區域,障礙物距離較遠時AGV 發出警報并減速,障礙物距離較近時AGV 緊急停車并發出警報,距離和區域可設定(最大檢測距離3 m);AGV 貨叉設置安全觸邊,通過發射脈沖紅外光線和接收從物體反射回的脈沖紅外光線,計算貨叉前方是否有障礙物,檢測到障礙物后,AGV 會直接停止運行,障礙物移除后,AGV 繼續執行當前任務。

圖5 激光掃描儀、機械觸邊、貨叉尖端避障

4 應用效果

通過計算和對項目生產運行分析,得出整經車間自動化轉運系統運行后的各項數據,并與當前未使用自動化系統的數據進行對比,結果見表1。

表1 玻纖整經車間經軸自動化轉運系統應用前后對比

從表1可知,采用玻纖整經車間自動化轉運系統后,雖然年耗電量增加了約22 952 k Wh/年,但年開機率提升了約100%,年產量增長了約100%,因此噸紗耗電僅增加了約0.1%,同時人員及工時減少了33%,考慮人工費用及設備折舊后,噸紗成本能夠降低約63%。因此采用玻纖整經車間經軸自動化轉運系統不僅可以增加產量,提高生產效率,同時可以減少人工投入,降低生產成本,實現連續運轉,具有很好的推廣及使用意義。

5 結束語

隨著科學技術的不斷發展,AGV 小車在工業自動化物流系統中得到了廣泛應用。從AGV 小車的工作原理、玻纖整經車間的轉運路徑及AGV 小車的具體功能,對玻纖整經車間自動化轉運系統進行詳細的闡述,主要通過AGV 小車對經軸進行承載并轉運至對應的設備前,基于調度系統與各機臺設備及AGV 小車的協調配合,完成整個玻纖整經車間的經軸自動化轉運。該系統的應用可以實現玻纖整經車間的托盤轉運、并軸生產線經軸裝卸、經軸存儲入庫環節的智能化。減人化高效搬運,一定程度上可減少人工物力投入,降低生產成本,助力玻纖智能工廠的建設。目前玻璃纖維行業從原料輸送至玻纖成形以及后道制品均已逐步實現了自動化、智能化。整經車間作為玻纖織造加工的前準備工序,尤為重要,該系統的投入將為整經車間智能化工廠的建設增添色彩,同時該系統可推廣應用至其他新建或改造的玻纖織造生產線項目,這對促進玻纖行業智能化發展具有重要意義。