无人搬运车的新技术及瑞典和美国产品情况
2005-12-14 12:30 htc开发 阅读(303) 评论(0) 编辑 收藏 举报
无人搬运车系统简称AGVS，是当今柔性制造系统（FMS）和自动化仓储系统中物流运输的有效手段。无人搬运车系统的核心设备是无人搬运车（AGV），作为一种无人驾驶工业搬运车辆，AGV在本世纪50年代即得到了应用。一般用蓄电池作为动力，载重量从几公斤到上百吨，工作场地可以是办公室、车间，也可以是港口、码头。现代的AGV都是由计算机控制的，车上装有微处理器。多数的AGVS配有系统集中控制与管理计算机，用于对AGV的作业过程进行优化，·发出搬运指令，跟踪传送中的构件以及控制AGV的路线。
1 无人搬运车引导方式及其新技术
无人搬运车的引导方式主要有电磁感应引导、激光引导和磁铁．陀螺引导等方式，其中以激光引导方式发展较快，但电磁感应引导和磁铁一陀螺引导方式占有较大比例。
1.1电磁感应引导
电磁感应引导的工作原理如图且所示，也称为导线引导，是利用低频引导电缆3形成的电磁场及电磁传感装置引导无人搬运车运行。其基本工作原理是交变电流流过电缆时，在电缆周围产生电磁场4，离导线越近处，磁场强度越大，远处其磁场强度弱。通过感应线圈的电磁场在线圈两端感应出电压，这一电压与磁场强度成正比。当电缆3处于线圈中间时，左右线圈的电压相等，转向信号为零。当引导天线偏向引导电缆的任一侧时。一侧线圈电压升高，另一侧的电压降低，两个感应线圈的电位差就是操纵AGV转向的信号，从而控制转向电机来校正 AGV的运行方向。
在AGV运行路线的地表下埋设若干条不同频率电流的电缆，由AGV控制器通过天线分别检测出信号，用于控制和引导AGV沿指定路线运行。天线及其感应线圈用于检测AGV相对于引导电缆的偏移量，精确校正AGV的运行方向。
这种引导方式属于传统的方式，技术较成熟，AGV本身的成本低，工作可靠。其缺点是需要在运行线路的地表下埋设电缆，施工时间长，费用高，不易变更路线，这种引导方式适用于大中型的AGV，目前仍在较广泛地应用。
1．2 激光引导
激光引导的工作原理如图2所示，利用安装在AGV上的激光扫描器5识别设置在其活动范围内的若干个定位标志来确定其坐标位置，从而引导AGV运行，这种工作方式属于导航式弓I导。激光扫描器一般安装在AGV的较高位置，使各定位标志与激光扫描器较好地呼应，并通过系统的串行口与AGV的控制板联接。定位标志是由高反光材料制成，固定在沿途的墙壁或支柱上。激光扫描器利用脉冲激光器发出激光并通过一个内部反射镜4以定的转速旋转，对周围进行扫描，测出每个定位标志的距离和角度，计算出AGV的X、Y坐标，从而引导AGV按照预先设定的路线运行。激光扫描器内部装设有微处理器，对于新的作业环境和引导平面图具有学习功能，可以利用学习软件找出相应的定位标志，并将其坐标位置存储起来。
瑞典AGV电子有限公司的激光引导装置采用了GaAs脉冲激光器，旋转扫描速率为 10r/s，即AGV的激光引导装置每隔0．1s测量并计算一次自身的坐标位置。定位标志的可见距离通常是大于30m，并保持在运行中每次至少要检测出3个标志，以保证定位精度。
美国NDC自动化有限公司是生产AGV激光引导系统的厂家，其激光扫描器的旋转速率为20r/s，即每隔50一测量和计算一次AGV的绝对位置坐标，定位精度可达±2m。
激光引导方式虽开发比较早，但过去由于激光器件昂贵，没有得到广泛应用。近年来，随着科学技术的发展，有些专业厂家，如美国的NDC公司专门批量生产激光扫描器件及其控制器和软件，使产品成本大大降低。该公司生产的Lazy WayTM系列激光引导装置被许多AGV生产厂家采用。由于AGV的激光引导装置可以采用标准的器件、控制和软件，所以与其它引导方式比较，具有容易安装、容易编程和性能价格比高等优点，在导航式引导方式中，激光引导的定位精度比较高。其缺点是比电磁感应式引导的成本高一些，且在有些使用环境中易受干扰。
1．3 磁铁_---陀螺引导
瑞典的AGV电子有限公司开发出了用于AGV的磁铁一陀螺引导技术，其工作原理是利用特制的磁性位置传感器检测安装在地面上的小磁铁，再利用陀螺仪技术连续控制AGV的运行方向。这种引导方式是在沿引导路径的地面上每隔5－10 m安装一对小磁铁。磁性传感器是利用霍耳元件检测磁场的基于微处理器的传感器，当AGV通过路面上的小磁铁时，传感器给出AGV的X和Y坐标。陀螺传感器是一种固态、六轴角速率传感器，其输出电压与其敏感轴上的转速成正比，由此确定AGV的运行方向。如果采用高质量元件，磁铁一陀螺引导系统具有很高的精度，采用标准元件可大幅度降低成本，其成本比电磁感应引导式低很多。这种引导方式适用于不能埋设引导电缆的场合。
2 AGV的控制技术
随着传感技术和信息技术的发展，AGV也在向智能化方向发展，国外也称AGV为智能搬运车。AGV智能化的主要特征是控制系统的微处理器化和集中控制及管理软件功能上的智能化。
2．1控制系统的微处理器化
无论采用何种引导方式，现代的AGV都带有以微处理器为核心的控制器，用于AGV的定位，控制沿指定路线运行和搬运货物，以及与集中控制与管理计算机进行通讯，反馈AGV的当前状态，并接受调度和工作指令。AGV的车载控制器既可以采用以微机系统为核心的专用控制器，也可以采用由Pie组成的通用控制器，配备有完善的A／D。D／A和数字I/O接口或模块。
瑞典AGV电子有限公司的AGV控制系统采用模块化设计，其中的CB12控制板是该公司以16位的2280微处理器为核心的第3代专用控制模块，带有12位的A／D转换器和12位的D／A转换器，以及14路数字输人、12路数字输出和4个串行通讯口，可通过并行总线扩展数字口I/O和 I/O模块，并能从串行通讯线路上装人程序。存储器采用32K字节的ROM、8×128K字节闪速存储器（M存储器）、 16×32K字节的 RAM和 8×5K字节的电池后备RAM。
2．2 集中控制及管理软件的智能化
各国生产AGV控制系统的主要厂家都在竞相开发AGV系统的集中控制及管理软件，在功能上实现了智能化。AGVS的集中控制与管理一般采用工作站或高档微机，配备32位的操纵系统。由于PC硬件和软件的迅速发展，其性能已接近或超过以前小型机工作站的水平，但价格却低很多，容易被一般用户接受，有取代工作站的趋势。例如，曼克公司原采用 DECI作站，配备 OS／2或 UNIX操纵系统，目前已转而采用基于WindowsNT32位操作系统的PC机，充分利用其真正的多任务特性，实现集中控制与管理。
美国AGV产品有限公司采用瑞典AGV电子有限公司生产的控制系统，但独立开发通用的AGV
控制和管理软件包“TRACE”。该软件包用 Visual C＋十编程，可运行在装有WindowsNT的 PC机上，通过引导路径平面图实现AGV的交通管制，并根据一些标准规则实现系统中AGV之间的互锁，控制系统中的物流。“TRAE”还提供了一个图形软件包．用于在AGV运行期间实时显示AGV的工作状态和沿导引路径运行的情况。操作人员可在窗口中观察AGV的状态，监视通讯情况，查看和修改运动指令序列等。
“TRACE”在设计上可尽量减少系统安装调试时间。该软件可用文本文件定义一个包括所有锁定参数的引导平面图，并在运行之前产生一个包括所有交通路线图和锁定时间表的数据库。在系统安装调试之前，利用内部的仿真模式，可全面测试互锁和通讯情况，以保证所定义引导平面图的正确性。该软件包还具有网络通讯功能，可以利用TCP/IP或其它协议与上一级主机系统进行通讯。
美国 NDC公司的Lazer Way系列AGV控制系统软件智能化程度也。比较高，用户可利用AutoCAD定义和修改引导平面图，并能在任何看得见定位标志的地方定义路径，以及随时向系统插人AGV，使用非常方便。
3 AGV的结构形式
AGV目前仍以叉车式和转载平台式为主，以蓄电池为动力源，直流电动机驱动行走、转向和举升。叉车式的主要向大载重量高举升方向发展。运行部分多采用三轮式、五轮式或六轮式，可单向。双向或4方向运动。举升机构一般由电动机、蜗杆减速器、滚珠丝杆及螺母等组成。一般举升高度的AGV可采用单节固定式门架，高举升的M采用双节或三节伸缩式门架，通过链轮和链条实现伸，例如，瑞典AGV电子有限公司的mp型叉车式AGV，具有双驱动／转向单元，6个行走轮，其中2个为驱动轮，可以向前后左右4个方向运动，最大载重量5000 kg，最大举升高度7 m。
1 无人搬运车引导方式及其新技术
无人搬运车的引导方式主要有电磁感应引导、激光引导和磁铁．陀螺引导等方式，其中以激光引导方式发展较快，但电磁感应引导和磁铁一陀螺引导方式占有较大比例。
1.1电磁感应引导
电磁感应引导的工作原理如图且所示，也称为导线引导，是利用低频引导电缆3形成的电磁场及电磁传感装置引导无人搬运车运行。其基本工作原理是交变电流流过电缆时，在电缆周围产生电磁场4，离导线越近处，磁场强度越大，远处其磁场强度弱。通过感应线圈的电磁场在线圈两端感应出电压，这一电压与磁场强度成正比。当电缆3处于线圈中间时，左右线圈的电压相等，转向信号为零。当引导天线偏向引导电缆的任一侧时。一侧线圈电压升高，另一侧的电压降低，两个感应线圈的电位差就是操纵AGV转向的信号，从而控制转向电机来校正 AGV的运行方向。
在AGV运行路线的地表下埋设若干条不同频率电流的电缆，由AGV控制器通过天线分别检测出信号，用于控制和引导AGV沿指定路线运行。天线及其感应线圈用于检测AGV相对于引导电缆的偏移量，精确校正AGV的运行方向。
这种引导方式属于传统的方式，技术较成熟，AGV本身的成本低，工作可靠。其缺点是需要在运行线路的地表下埋设电缆，施工时间长，费用高，不易变更路线，这种引导方式适用于大中型的AGV，目前仍在较广泛地应用。
1．2 激光引导
激光引导的工作原理如图2所示，利用安装在AGV上的激光扫描器5识别设置在其活动范围内的若干个定位标志来确定其坐标位置，从而引导AGV运行，这种工作方式属于导航式弓I导。激光扫描器一般安装在AGV的较高位置，使各定位标志与激光扫描器较好地呼应，并通过系统的串行口与AGV的控制板联接。定位标志是由高反光材料制成，固定在沿途的墙壁或支柱上。激光扫描器利用脉冲激光器发出激光并通过一个内部反射镜4以定的转速旋转，对周围进行扫描，测出每个定位标志的距离和角度，计算出AGV的X、Y坐标，从而引导AGV按照预先设定的路线运行。激光扫描器内部装设有微处理器，对于新的作业环境和引导平面图具有学习功能，可以利用学习软件找出相应的定位标志，并将其坐标位置存储起来。
瑞典AGV电子有限公司的激光引导装置采用了GaAs脉冲激光器，旋转扫描速率为 10r/s，即AGV的激光引导装置每隔0．1s测量并计算一次自身的坐标位置。定位标志的可见距离通常是大于30m，并保持在运行中每次至少要检测出3个标志，以保证定位精度。
美国NDC自动化有限公司是生产AGV激光引导系统的厂家，其激光扫描器的旋转速率为20r/s，即每隔50一测量和计算一次AGV的绝对位置坐标，定位精度可达±2m。
激光引导方式虽开发比较早，但过去由于激光器件昂贵，没有得到广泛应用。近年来，随着科学技术的发展，有些专业厂家，如美国的NDC公司专门批量生产激光扫描器件及其控制器和软件，使产品成本大大降低。该公司生产的Lazy WayTM系列激光引导装置被许多AGV生产厂家采用。由于AGV的激光引导装置可以采用标准的器件、控制和软件，所以与其它引导方式比较，具有容易安装、容易编程和性能价格比高等优点，在导航式引导方式中，激光引导的定位精度比较高。其缺点是比电磁感应式引导的成本高一些，且在有些使用环境中易受干扰。
1．3 磁铁_---陀螺引导
瑞典的AGV电子有限公司开发出了用于AGV的磁铁一陀螺引导技术，其工作原理是利用特制的磁性位置传感器检测安装在地面上的小磁铁，再利用陀螺仪技术连续控制AGV的运行方向。这种引导方式是在沿引导路径的地面上每隔5－10 m安装一对小磁铁。磁性传感器是利用霍耳元件检测磁场的基于微处理器的传感器，当AGV通过路面上的小磁铁时，传感器给出AGV的X和Y坐标。陀螺传感器是一种固态、六轴角速率传感器，其输出电压与其敏感轴上的转速成正比，由此确定AGV的运行方向。如果采用高质量元件，磁铁一陀螺引导系统具有很高的精度，采用标准元件可大幅度降低成本，其成本比电磁感应引导式低很多。这种引导方式适用于不能埋设引导电缆的场合。
2 AGV的控制技术
随着传感技术和信息技术的发展，AGV也在向智能化方向发展，国外也称AGV为智能搬运车。AGV智能化的主要特征是控制系统的微处理器化和集中控制及管理软件功能上的智能化。
2．1控制系统的微处理器化
无论采用何种引导方式，现代的AGV都带有以微处理器为核心的控制器，用于AGV的定位，控制沿指定路线运行和搬运货物，以及与集中控制与管理计算机进行通讯，反馈AGV的当前状态，并接受调度和工作指令。AGV的车载控制器既可以采用以微机系统为核心的专用控制器，也可以采用由Pie组成的通用控制器，配备有完善的A／D。D／A和数字I/O接口或模块。
瑞典AGV电子有限公司的AGV控制系统采用模块化设计，其中的CB12控制板是该公司以16位的2280微处理器为核心的第3代专用控制模块，带有12位的A／D转换器和12位的D／A转换器，以及14路数字输人、12路数字输出和4个串行通讯口，可通过并行总线扩展数字口I/O和 I/O模块，并能从串行通讯线路上装人程序。存储器采用32K字节的ROM、8×128K字节闪速存储器（M存储器）、 16×32K字节的 RAM和 8×5K字节的电池后备RAM。
2．2 集中控制及管理软件的智能化
各国生产AGV控制系统的主要厂家都在竞相开发AGV系统的集中控制及管理软件，在功能上实现了智能化。AGVS的集中控制与管理一般采用工作站或高档微机，配备32位的操纵系统。由于PC硬件和软件的迅速发展，其性能已接近或超过以前小型机工作站的水平，但价格却低很多，容易被一般用户接受，有取代工作站的趋势。例如，曼克公司原采用 DECI作站，配备 OS／2或 UNIX操纵系统，目前已转而采用基于WindowsNT32位操作系统的PC机，充分利用其真正的多任务特性，实现集中控制与管理。
美国AGV产品有限公司采用瑞典AGV电子有限公司生产的控制系统，但独立开发通用的AGV
控制和管理软件包“TRACE”。该软件包用 Visual C＋十编程，可运行在装有WindowsNT的 PC机上，通过引导路径平面图实现AGV的交通管制，并根据一些标准规则实现系统中AGV之间的互锁，控制系统中的物流。“TRAE”还提供了一个图形软件包．用于在AGV运行期间实时显示AGV的工作状态和沿导引路径运行的情况。操作人员可在窗口中观察AGV的状态，监视通讯情况，查看和修改运动指令序列等。
“TRACE”在设计上可尽量减少系统安装调试时间。该软件可用文本文件定义一个包括所有锁定参数的引导平面图，并在运行之前产生一个包括所有交通路线图和锁定时间表的数据库。在系统安装调试之前，利用内部的仿真模式，可全面测试互锁和通讯情况，以保证所定义引导平面图的正确性。该软件包还具有网络通讯功能，可以利用TCP/IP或其它协议与上一级主机系统进行通讯。
美国 NDC公司的Lazer Way系列AGV控制系统软件智能化程度也。比较高，用户可利用AutoCAD定义和修改引导平面图，并能在任何看得见定位标志的地方定义路径，以及随时向系统插人AGV，使用非常方便。
3 AGV的结构形式
AGV目前仍以叉车式和转载平台式为主，以蓄电池为动力源，直流电动机驱动行走、转向和举升。叉车式的主要向大载重量高举升方向发展。运行部分多采用三轮式、五轮式或六轮式，可单向。双向或4方向运动。举升机构一般由电动机、蜗杆减速器、滚珠丝杆及螺母等组成。一般举升高度的AGV可采用单节固定式门架，高举升的M采用双节或三节伸缩式门架，通过链轮和链条实现伸，例如，瑞典AGV电子有限公司的mp型叉车式AGV，具有双驱动／转向单元，6个行走轮，其中2个为驱动轮，可以向前后左右4个方向运动，最大载重量5000 kg，最大举升高度7 m。
