1、AGV技術及其在生產中的應用1.1 AGV的概念AGV是自動導引運輸車（Automated Guided Vehicle）的英文縮寫，通常也稱為AGV小車，是指裝備有電磁或光學等自動導引裝置，能夠沿規定的導引路徑行駛，具有安全保護以及各種移載功能的運輸車，AGV屬于輪式移動機器人（WMRWheeled Mobile Robot）的范疇。AGV一般以電池為動力，目前也有用非接觸能量傳輸系統CPS（Contactless Power System）為動力的。AGV裝有非接觸導航（導引）裝置，可實現無人駕駛的運輸作業。它的主要功能表現為能在計算機監控下，按路徑規劃和作業要求，精確地行走并停靠到指定地

2、點，完成一系列作業功能。AGV以輪式移動為特征，較之步行、爬行或其它非輪式的移動機器人具有行動快捷、工作效率高、結構簡單、可控性強、安全性好等優勢。與物料輸送中常用的其他設備相比，AGV的活動區域無需鋪設軌道、支座架等固定裝置，不受場地、道路和空間的限制。因此，在自動化物流系統中，最能充分地體現其自動性和柔性，實現高效、經濟、靈活的無人化生產。傳統的倉庫和工廠中貨物的搬運總是耗費大量人力、效率底下、頻繁出錯。倉庫中的選貨就更是問題了、貨物存儲的地方、不同貨物有不同大小，不同的重量等等，對機器和人都是一種挑戰。使用自動導引車輛電動車控制器(AGV)可以輕松完美的解決這一難題不僅降低人力成本、提高

3、效率，還可以使工作環境更加安全。1.2 AGV的發展狀況20世紀50年代初，美國發明制造出世界上第一臺自動導引車。 20世紀60年代至70年代，AGV小車受到美國工人階級的抵制，AGV的發展在美國遭遇阻礙。于此相反，AGV小車在歐洲的到了飛速發展，1973年，AGV小車在瑞典沃爾沃汽車生產線上的到使用并與電腦形成智能化控制裝備作業，進一步加快了AGV的發展。1965年，日本推出了他們自己的第一款AGV小車。之后，日本大力發展AGV，為AGV的發展做出非常非常大的貢獻。至1994年，日本共生產6,485輛AGV。上世紀由于我國國情：經濟發展較落后，制造業水平低，AGV小車在我國的發展時間短，技術

4、較為落后。改革開放后隨著經濟的飛速發展，AGV小車也迎來了春天，北京物資處理研究所、清華大學、華中科技大學、上海交通大學、國防科技大學、沈陽研究所都進行了AGV小車的研究。 1976北京起重運輸機械研究所是為了制造出我國第一臺電磁導引的AGV小車，讓我國在AGV小車領域進入一個新階段。1989年，北京郵政科學研究規劃院制造了我國第一臺雙向無信電通信的AGV。現在AGV小車的批量生產已經在該院的到實現，到1996年，該院已經生產AGV小車26臺 。并全部投入使用，且效果很好。到目前為止，在AGV小車技術上取得革命性成功的是沈陽自動化所，他們能夠實現小車車體結構設計，運行路線自動化控制和導航，并且

5、實現小車高度集成化系統化管理。目前，他們生產的小車主要有裝配型和轉運型，并且成為國內唯一一家能夠獨立設計與生產AGV的品牌單位。其產品性能好，已經達到國際先進水平，該企業的AGV技術已經出口，在韓國三星公司得到應用。與此同時，沈陽金杯汽車有限公司也購買了六臺AGV小車，應用于裝配生產線上。如吉利工廠、格力空調器廠、成都飛機制造廠、海爾集團等，現在，國內越來越多的工廠，科研機構已經采用AGV為汽車裝配、郵政報刊等分揀輸送、大型軍械倉庫、自動化倉儲系統服務。既有國外引進也有國生產的。 20世紀80年代，AGV已經進入中國市場，隨著現代化工業的快速發展及AGV小車用于自動化生產的優越性，未來勢必會迅

6、速發展和得到廣泛應用。 AGV自動導引車的功能，是根據不同應用場合可以改變。隨著計算機的發展，柔性制造系統的提升，AGV的功能越來越靈活多變。自動化工廠及高效的物流都離不開AGV，隨著經濟的發展，在應用AGV的領域肯定會越來越大。1.3AGV的分類自動導引小車根據是否有軌道可以分為以下兩種。（1）有軌式：在小車的工作地面有機械的軌道。這種AGV小車的特點是：以為有機械的固定軌道，小車的靈活性就較差，但有很大的承載能力適用于承載較重的貨物。這種形式的小車軌道不能較為復雜，多采用直線或環形軌道，適用于搬運箱體的生產線。還有一種有軌形式是高架軌道（空間），這樣就使得車間空間得到有效利用，并且這樣的話

7、就讓生產線與人活動的空間分開，提高工廠的安全，但也有缺點，就是承載力小。所以高架有軌小車多用于重量較輕的貨物運輸。所以，有軌小車結構簡單，由于有固定的導軌，工作的多樣性、擴展性和靈活性不夠理想。（2）無軌式：這種形式的AGV小車主要有微型計算機系統控制。通過計算機編程讓小車按既定路線行走，能夠選擇性停止、運行，能準確定位，具有較好的安全保護裝置如安全傳感器等。還有各種移栽裝置應對不同的工作環境。而無軌小車根據引導方法了是否有制定路線又可以分為有徑引導和無徑引導。有徑引導是指光學或電磁這類導引方法，它們需要在地面預先鋪設電磁導引帶或光學感應帶。小車通過地面上的感應帶將運行信息傳送給電腦，而電腦根

8、據小車的信息數據反饋控制小車，是小車安全高效的工作。無徑引導主要是指視覺導引、慣性力導引等方法。AGV小車在行駛中沒有預先布置的路線，小車的行走主要根據視覺傳感器將圖像傳給電腦，電腦分析之后安排小車路線。這種方式靈活性大，但穩定不高，主要由于控制系統還達不到要求，現在還在研發進一步完善中。1. 4AGV的組成AGV由以下各部分組成：車體、蓄電池、車上充電裝置、驅動裝置、轉向裝置、控制系統、移載裝置、安全裝置、精確定位裝置、通信單元和導引系統。AGV的功能決定小車的車體結構，蓄電池、車載控制器、各種傳感器、車輪的安裝都與AGV功能有關。如車體運動機構是采用三輪、四輪、還是六輪，驅動方式是什么。車

9、架通常是通過鋼鐵焊接而成，車體材料通常選用鋁合金是為了減輕車體重量。在考慮到安全問題，車體不要有尖角，避免劃傷或碰撞，周圍通常設計為圓滑形式。圖1-1自動導引小車結構圖1.車體。由車架和相應的機械電氣結構如減速箱、電機、車輪等組成。車架常采用焊接鋼結構，要求有足夠的剛性。2.蓄電池與充電裝置。常采用24V或48V直流工業蓄電池為動力。3.驅動裝置。驅動裝置是一個伺服驅動的變速控制系統，可驅動AGV運行并具有速度控制和制動能力。它由車輪、減速器、制動器、電機及速度控制器等部分組成，并由計算機或人工進行控制。4.轉向裝置。AGV常設計成三種運動方式：只能向前；能向前與向后；能縱向、橫向、斜向及回轉

10、全方位運動。轉向裝置的結構也有三種：(1) 鉸軸轉向式三輪車型。車體的前部為一個鉸軸轉向車輪，同時也是驅動輪。轉向和驅動分別由兩個不同的電動機帶動，車體后部為兩個自由輪，由前輪控制轉向實現單方向向前行駛。其結構簡單、成本低，但定位精度較低。(2) 差速轉向式四輪車型。車體的中部有兩個驅動輪，由兩個電機分別驅動。前后部各有一個轉向輪(自由輪)。通過控制中部兩個輪的速度比可實現車體的轉向，并實現前后雙向行駛和轉向。這種方式結構簡單，定位精度較高。(3)全輪轉向式四輪車型。車體的前后部各有兩個驅動和轉向一體化車輪，每個車輪分別由各自的電動機驅動，可實現沿縱向、橫向、斜向和回轉方向任意路線行走，控制較

11、復雜。5.控制系統。AGV控制系統包括車上控制器和地面(車外)控制器，均采用微型計算機，通過通信進行聯系。其中，地面控制器是指AGV系統的固定設備，主要負責任務分配，車輛調度，路徑（線）管理，交通管理，自動充電等功能；車上控制器在收到地面系統的指令后，負責AGV的導航計算，導引實現，車輛行走，裝卸操作等功能。6.移載裝置。AGV用移載裝置來裝卸貨物，即接受和卸下載荷。常見的AGV裝卸方式可分為被動裝卸和主動裝卸兩種。被動裝卸方式的小車自己不具有完整的裝卸功能，而是采用助卸方式，即配合裝卸站或接收物料方的裝卸裝置自動裝卸。常見的助卸裝置有滾柱式臺面和升降式臺面兩種。主動裝卸方式是指自動小車自己具

12、有裝卸功能。常見的主動裝卸方式有單面推拉式、雙面推拉式、叉車式和機器人式。7安全裝置。為確保AGV在運行過程中自身安全，現場人員及各類設備的安全，AGV將采取多級硬件、軟件的安全措施。在AGV的前面設有紅外光非接觸式防碰傳感器和接觸式防碰傳感器保險杠。AGV安裝醒目的信號燈和聲音報警裝置，以提醒周圍的操作人員。一旦發生故障，AGV自動進行聲光報警，同時無線通訊通知AGV監控系統。（1）障礙物接觸式緩沖器。障礙物接觸式緩沖器是一種強制停車安全裝置，它產生作用的前提是與其它物體相接觸，使其發生一定的變形，從而觸動有關限位裝置，強行使其斷電停車。 (2) 障礙物接近傳感器。非接觸式檢測裝置是障礙物接

13、觸式緩沖器的輔助裝置，是先于障礙物接觸式緩沖器發生作用的安全裝置。為了安全，障礙物接近傳感器是一個多級的接近檢測裝置，在預定距離內檢測障礙物。在一定距離范圍內，它會使AGV降速行駛，在更近的距離范圍內，它會使AGV停車，而當解除障礙物后，AGV將自動恢復正常行駛狀態。障礙物接近傳感器包括激光式，超聲波式，紅外線式等多種類型。如日本產的紅外線傳感器能檢測搬運車的前后方向、左右方向的障礙物，也能在二段內設定慢行和停止，也即2m內減速、lm內停車。發射的光頻率數有4種或8種，能防止各搬運車間的相互干擾。(3) 裝卸移載貨物執行機構的自動安全保護裝置。 AGV的主要功能是解決物料的全自動搬運，故除了其

14、全自動運行功能外，還有移載貨物的裝置。移載裝置的安全保護裝置包括機械和電氣兩大類。如位置定位裝置、位置限位裝置、貨物位置檢測裝置、貨物形態檢測裝置、貨物位置對中結構、機構自鎖裝置等結構。1.5AGV的導引/導航方式AGV之所以能夠實現無人駕駛，導航和導引對其起到了至關重要的作用，隨著技術的發展，目前能夠用于AGV的導引/導航技術主要有以下幾種：1.直接坐標（Cartesian Guidance）用定位塊將AGV的行駛區域分成若干坐標小區域，通過對小區域的計數實現導引，一般有光電式（將坐標小區域以兩種顏色劃分，通過光電器件計數）和電磁式（將坐標小區域以金屬塊或磁塊劃分，通過電磁感應器件計數）兩種

15、形式，其優點是可以實現路徑的修改，導引的可靠性好，對環境無特別要求。缺點是地面測量安裝復雜，工作量大，導引精度和定位精度較低，且無法滿足復雜路徑的要求。2.電磁導引（Wire Guidance）電磁導引是較為傳統的導引方式之一，目前仍被許多系統采用，它是在AGV的行駛路徑上埋設金屬線，并在金屬線加載導引頻率，通過對導引頻率的識別來實現AGV的導引。其主要優點是引線隱蔽，不易污染和破損，導引原理簡單而可靠，便于控制和通訊，對聲光無干擾，制造成本較低。缺點是路徑難以更改擴展，對復雜路徑的局限性大。3.磁帶導引（Magnetic Tape Guidance）與電磁導引相近，用在路面上貼磁帶替代在地面

16、下埋設金屬線，通過磁感應信號實現導引，其靈活性比較好，改變或擴充路徑較容易，磁帶鋪設簡單易行，但此導引方式易受環路周圍金屬物質的干擾，磁帶易受機械損傷，因此導引的可靠性受外界影響較大。4.光學導引（Optical Guidance）在AGV的行駛路徑上涂漆或粘貼色帶，通過對攝像機采入的色帶圖象信號進行簡單處理而實現導引，其靈活性比較好，地面路線設置簡單易行，但對色帶的污染和機械磨損十分敏感，對環境要求過高，導引可靠性較差，精度較低。5.激光導航（Laser Navigation）激光導引是在AGV行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板，AGV通過激光掃描器發射激光束，同時采集由反射板反射的激光

17、束，來確定其當前的位置和航向，并通過連續的三角幾何運算來實現AGV的導引。此項技術最大的優點是，AGV定位精確；地面無需其他定位設施；行駛路徑可靈活多變，能夠適合多種現場環境，它是目前國外許多AGV生產廠家優先采用的先進導引方式；缺點是制造成本高，對環境要求較相對苛刻（外界光線，地面要求，能見度要求等），不適合室外（尤其是易受雨、雪、霧的影響）。6.慣性導航（Inertial Navigation）慣性導航是在AGV上安裝陀螺儀，在行駛區域的地面上安裝定位塊，AGV可通過對陀螺儀偏差信號（角速率）的計算及地面定位塊信號的采集來確定自身的位置和航向，從而實現導引。此項技術在軍方較早運用，其主要優

18、點是技術先進，較之有線導引，地面處理工作量小，路徑靈活性強。其缺點是制造成本較高，導引的精度和可靠性與陀螺儀的制造精度及其后續信號處理密切相關。7.視覺導航（Visual Navigation ）對AGV行駛區域的環境進行圖象識別，實現智能行駛，這是一種具有巨大潛力的導引技術，此項技術已被少數國家的軍方采用，將其應用到AGV上還只停留在研究中，目前還未出現采用此類技術的實用型AGV。可以想象，圖象識別技術與激光導引技術相結合將會AGV更加完美，如導引的精確性和可靠性，行駛的安全性，智能化的記憶識別等都將更加完美。8.GPS（全球定位系統）導航（Global Position System）通過

19、衛星對非固定路面系統中的控制對象進行跟蹤和制導，目前此項技術還在發展和完善，通常用于室外遠距離的跟蹤和制導，其精度取決于衛星在空中的固定精度和數量，以及控制對象周圍環境等因素。導航是指確定自身的位置及航向；而導引是根據目前的位置、航向及理論軌跡來計算下個周期的速度值和轉向角度值。1.6AGV的特點（1）AGV小車與物流系統的聯接非常容易，如從站庫，各種緩沖站，產品自動發布站；工作站產品運輸信息的跟蹤；是準確否交付收件地信息確認；按既定要求發布產品運輸產品、收取產品：生產線、運輸路徑、接受信息、庫存管理系統，都可以與AGV實現實時信息互通。（2）AGV小車的應用大大提高了生產效率，因為用于跟蹤物

20、料采集信息的工作人員大幅減少，各種物料的信息表也可以通過AGV小車直接獲取統計。所以顯著地提高了生產效率。另外，由于工作人員的減少又進一步減低了成本。（3）AGV小車還能提高物料的安全性，因為AGV小車是無人操作，運行路線都是經過計算機精密計算的，所以運行中極少出現碰撞。（4 ）采購AGV小車花費的金錢，大多數會很快得到回報。（5 ）AGV小車使工廠的面積得到有效地利用。因為AGV小車是在各個工廠中來回行走，而其運行路線中有很多空地，當小車不經過是 還可以做其他用處（6）AGV小車的可靠性高，很多臺小車都是統一維修，只要將小車的系統準確編程，注重安全，那么小車在運行過程中一般不會發生事故。（7

21、）由于AGV小車是以蓄電池為動力源，而且小車的整個能耗少。是節能減排的優良產品，并能有效地降低工廠噪音。1.7 AGV的生產應用1.物品倉儲行業 AGV的首次應用就是物品倉儲行業。1954年世界上第一臺AGV在美國的Mercury Motor Freight公司的倉庫內進行運營，用來自動搬運進入倉庫的貨物。從而推動者AGV小車的發展及世界倉儲業是用AGV小車。現在，世界上大約有2萬臺AGV小車忙碌于各種大大小小的倉庫，他們為倉儲業自動化，集成化發展做出了不可磨滅的貢獻。韓國三星于2002年投產運行的全自動化立體倉庫，15臺AGV組成了一個自動搬運柔性的庫內系統，成功地完成了每天25600的出入

22、庫貨物和零部件的搬運任務。2.制造行業由于本身的特點及其優越性，AGV小車在制造業生產線或裝配線上得到了完美發揮。AGV小車能夠快速準確、高效靈活地完成生產物品的搬運移載任務。多臺AGV小車可以聯合作業用一個廠房能運輸不同的產品，特別是倉儲業，甚至可以完成幾十種產品的運輸，AGV小車大幅度降低了生產成本，并且很大程度上提高了企業的產品競爭力。1978年德國的大眾公司轎車采用AGV小車作為運輸的基本工具，構成了一個柔性的裝配車間，大大提高了車間的生產效率。該裝配線由多臺可轉載轎車的AGV組成，該裝配線投入使用后，裝配所用時間減少了25%，裝配時產生的故障減小了40%，投資費用回收時間減小45%，

23、投入勞動力減小了8%。目前，AGV在世界的主要汽車廠，如美國通用、日本豐田、克萊斯勒、瑞典沃爾沃等汽車廠的制造和裝配線上得到了廣泛應用。 目前國內也有多種類型的AGV用于生產領域，例如：（1）變速箱裝配型AGV用于各種類型變速箱裝配線進行變速箱輸送、裝配的AGV產品，根據系統裝配工藝要求分為平置式變速箱裝配型AGV、縱翻式變速箱裝配型AGV和橫翻式變速箱裝配型AGV。由變速箱裝配型AGV產品及周邊設備構成的AGV系統分別進行變速箱裝配、輸送，具有分段停止、放行功能的AGV可實現在任何裝配工位對變速箱進行靜態裝配。導航方式采用磁導航，改變導航磁條可以適應生產工藝變更的要求。（2）柴油機裝配型AG

24、V是新松公司根據柴油機裝配的工藝要求而研發制造的。AGV集升降、翻轉、盤車功能集于一 體，AGV在設計好的環形路線中依次經過各個工藝停車點（工位），操作工人按AGV上的工藝顯示終端進行相應工藝內容的裝配工作，完成全部預定的工作內容后，AGV再停靠到指定的站點由人工將柴油機吊放到測試輸送線上，完成一個工作循環。該系統柔性強，滿足多型號、小批量生產要求。近年來，在以CIMS的基礎上創新制作成的搬運工具，AGV的應用已經進入到了一個相當普遍的階段，如物流、碼頭、郵局、圖書館、汽車制造、電子產品、醫藥行業、煙草行業等等。AGV不僅能夠幫助這些行業降低成本，還能夠提高這些行業在市場上的競爭力。應用實例：潛伏牽引式AGV小車。潛伏牽引式AGV小車，當料車裝上物料時，AGV通過其牽引裝置拉動料車行走，把臺車牽引到指定位置后，AGV搬運車自動和臺車分離，然后鉆到空臺車的下面，把空的臺車拖走。潛伏牽引式AGV，體型外觀小巧美觀，結構緊湊，尾部的牽引裝置可拖掛多個料車。通過磁條導引讀取地標指令，可以根據設定站點的停靠、加速、減速，扇形安全掃描傳感器，該車型物料配送，輕巧靈活搬運，是汽車家電行業物料配送的搬運專家。3.郵局圖書館、港口碼頭和機場 AGV的靈活多變性使其在郵局、碼頭等場合得到充分應用。在郵局等場合運輸物品多樣化，運輸路線經常變