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AGV适用范围

 1.1物料搬运
  在现代物料搬运中,当使用的人及搬运工具的总成本与使用AGV(无人搬运车)的成本基本相当时,AGV的市场接受就会自然形成。欧美和日本等发达国家的人力成本很高,所以AGV的使用较为普及,应用遍及各行各业。如化工的原料及成品;仪器仪表行业的元器件;印刷出版业的纸张;电子工业的芯片、计算机;家电行业的彩电、冰箱、空调、洗衣机;食品工业的罐头、饮料;卷烟行业的烟叶、辅料、成品烟;纺织工业的棉纱、布匹;服装业的里料、面料、衣服;汽车工业的零部件;冶金工业中的钢锭、钢带、板材;金融系统的纸币、硬币、黄金;药品制造业的原料、成药;国防如武器弹药、军需物资等的搬运。
  1.2柔性装配线、加工线
  传统的生产线一般都是由一条连续的刚性传送设备组成,短则数米,长则数千米,如汽车装配线、缸体加工线等。存在的突出问题是:①要求每一道工序的节拍统一,否则就会因任何一道工序的停顿耽误而影响整条生产线的进程,如缺料、缺件、废品或出现意外问题。②要求厂房很大很长很高(对于较大较重的要用行车起吊),土建成本高。③连续的生产线隔断了通道,造成供应线路长,人和车辆过往不方便。④连续的生产线需要大量设备,投资成本较高。⑤刚性生产线使得一些本可以同步、交叉进行的工作失去机会。
  AGV出现之后,不仅作为无人自动搬运车辆使用,也可当作是一个个可移动的装配台、加工台使用,他们既能自由独立地分开作业,又能准确有序地组合衔接,形成没有物理隔断,但能起动态调节作用,高度柔性的生产线。如轿车总装线,发动机装配线、试车线,机床加工线,家电生产线等。
  1.3特殊场合用
  
  AGV无人自动搬运优势,解决了一些不适宜人在其中生产或工作的特殊环境问题。如核材料、危险品(农药、有毒物品、腐蚀性物品、生化物品、易燃易爆物品)等。
  
  2车型的适用性
  
  2.1不同驱动方式
  (1)单驱动
  用于三轮车型:一个驱动兼转向轮,两个固定从动轮(分布在车体轴线的两边)。这种车型可以前进、后退、左右转弯(转角小于90°)。因三轮结构的抓地性好,对地表面要求一般,适用于广泛的环境和场合。
  (2)差速驱动
  常见有三轮和四轮两种车型:两个固定驱动轮(分布在车体轴线的两边),一个(三轮车型)或两个(四轮车型)从动自由轮,转弯靠两个驱动轮之间的速度差实现。这种车型可以前进、后退、左右转弯(转角大于90°)、原地自旋,转弯的适应性比单驱动强。若是三轮车型,对地表面的适用性和单驱动类似。若是四轮车型,因容易造成其中某一个轮悬空而影响导航,故对地表面平整度要求苛刻,适用范围受到一定限制。
  (3)双驱动
  用于四轮车型:两个驱动兼转向轮,两个从动自由轮。这种车型可以前进、后退、全方位(万向)行驶。突出特点是可以在行驶过程中控制车身姿态的任意变化,适用于狭窄通道或对作业方向有特别要求的环境和场合。缺点和差速驱动的四轮车型类似,对地表面平整度要求苛刻,适用范围受到一定限制;此外,结构复杂,成本较高。
  2.2不同装载方式
   (1)推挽式
  AGV装卸货物通过自身的推挽机构与地面的无动力辊道站台实现。作业时,AGV停靠在站台侧边,通过推挽机构左、右侧向移动伸臂推拉完成装卸货物,货物在AGV辊道与地面站台辊道之间滚动,载荷转移巧妙,地面站台不需要连锁信号和动力传动,适合同高度站台之间的搬运场合。但对作业点的定位精度以及与移载系统关联的部分要求较高,特别对多辆车和多个站台的场合,要保证其可靠性难度较大。
  推挽式常用于平面托盘的物料搬运,如果是欧式托盘或其它物体,要注意满足能滚动和可推挽的条件。
  (2)辊道式
  AGV装卸货物是通过自身辊道与地面站台辊道对接之后实现。地面站台是带动力传动的辊道,AGV准确停靠在地面站台侧边,车上和站台上的辊道对接无误后同步传动完成移载。故要求滚动体规范,传动高度一致,传动速度吻合。可左、右双向装卸托盘货物,作业效率高,AGV安全性好。移载机构与原理简单,可靠性好,但站台需要有连锁信号和动力传动。适合于站台数少,车间或库区入、出口RS/AS之间往返作业。
  辊道式常用于可滚动的各式托盘或物体的移载场合,包入括大的纸箱、木箱、板材、集装箱等,特别适用于重载物料的搬运。
  (3)链式
  除了货物传动方式是链条或链板不同外,其余与辊道式类似。链式主要适用于不能滚动物体的移载场合。
  (4)带式
  除了货物传动方式是传送带不同外,其余与辊道式类似。带式主要适用于较轻较小物料的移载场合,如纸盒、纸箱、各式袋装品等。
  (5)牵引式
  AGV作为牵引动力,通过拖挂带轮的箱体或容器完成对物料的运送。适合用挂斗和拖车运送物料的场合,如行包运送、化学品运送、废料收集等。
  (6)驮举式
  AGV通过驮举来移载物料,一般移载机构位于AGV车体上方,作业时AGV停在货物正下方,通过升降机构驮起或降下实现货物的移载,动作简单,作业效率高,安全性好。适合多种货物形式和笨重物体两地之间往返搬运,也可作为柔性装配线、加工线使用。常用于车身、车架、集装箱(见图1)、大型机件等物体搬运。
  (7)叉式
  叉式AGV与人工叉车在式样上基本类似,有侧叉式、正向叉式、落地叉式、三向叉式等多种车型。叉式AGV基本采用托盘堆放货物进行作业,目前正随着物流产业标准托盘的逐步推广而迅速发展
  ①侧叉式:从车的左右两侧移载货物,因叉起过程重心需由车体来平衡,故车体较笨重,移载重量有限,且能耗高、不经济
   ②正向叉式:从车体正前方叉起货物,能适应多种托盘从地面到常规高度范围货架的作业场合。特点是货叉下方没有支腿,叉车体作业时完全在货架或站台之外,对环境无特别的条件要求。但由于平衡的需要,车体较笨重,货叉突出,安全性有限。
  ③落地叉式:货叉在车体后方,能上下升降,落下时在两条支腿之上,叉间距与标准欧式托盘下的两个空档吻合,正好能进入其中叉起托盘货物。因此,移载过程须倒车才能完成,对于双面托盘,不能直接放到地面,须放在有一定高度(一般≥100mm),能保证货叉及下方的两个支腿同时进入即可。该车型适合在高低差较大的站台或货架(牛腿式)之间装卸货物,特别是对驶入式巷道、多层货架(牛腿式)的密集性存储搬运独具优势。缺点是货叉下方有支腿,倒车过程安全性有局限。常用于各种库区到车间的物料自动存储及搬运,如辅料、原料、成品等的自动化物流系统。
  ④三向叉式:这种AGV的货叉能分别向左、向右、向正前方三个方向进行托盘货物的自动装卸。适应多种标准托盘,适合巷道内多层货架或高低差较大的存储装卸场合。缺点是车型笨重宽大,行驶区域占用较多空间,作业场地有效利用率低,且AGV结构复杂,成本很高。
   (8)拣选式(见图2)
   是在传统人工拣选车的基础上改造成的自动导引拣选车。作业时,人只要站在AGV拣选台上,当接到拣选指令后,AGV会按照最优的次序自动行驶,逐一地准确停位在目标位置,升降拣选台到适合人拣选的高度,人就可以按照车载终端的信息提示,进行拣选,然后确认该项完成,接着AGV会前往下一目标点,继续下一项拣选,依次进行。该AGV还可以与地面联仓储管理计算机系统并网或直接将其放在车上实现管理、拣选双重功能。常用于低层平库中巷道货架的多品种小件货物场合,如药品、图书、档案、备件等的拣选。
  (9)龙门式
   AGV外形类似龙门结构,能全方位行驶,移载过程是通过左右侧向伸缩移动货叉和升降来完成装卸货物。作业灵活性强,行驶安全性好。对地面站台要求简单,但自身移载机构复杂,适合狭窄区域或苛刻路径。多用于生产车间,如食品加工的原料运送。
   (10)机器人式
  
   AGV上装备机械手,可根据指令自动行驶,准确停位,自动完成抓举、装配、装卸、堆码、拆垛等一系列作业功能,是一个智能移动式工业机器人。但结构、控制复杂,成本较高。常用于条件特殊、要求高,或某些无人的场合,如辅料自动搭配、危险品自动抓取等。
  2.3不同充电方式
   (1)自动充电
   当AGV需要补充电力时,会自动报告并请求充电,由地面控制中心指挥,驶向指定充电区或台位,车载充电连接器与地面充电系统自动连接并实施充电。充电完成后AGV自动脱离充电系统,驶向工作区或待命区投入正常运行。其特点是整个充电过程全部实现自动化、智能化,无需专人看管。自动充电AGV适用于工作周期长,车多人少,自动化程度高的场合,且多使用碱性快速充电电池,如卷烟、冶金、化工、汽车、航空等行业。
   (2)手动充电
   当AGV电力不足时,由地面控制中心指挥,驶向指定充电区或台位,由专职人员手动完成AGV与充电器之间的电器连接,然后实施充电,完成后也是人工去脱离连接电路,恢复工作状态。手动充电AGV的特点是安全可靠,简单易行,但需要专人看管,浪费人力,而且自动化程度降低。常用于自动化程度要求不是很高,车少人多,标准工作制的场合,如白天上班8小时使用AGV,下班休息时让AGV充电,适用于酸性常规电池。
   (3)换电池充电
   当AGV电力不足时,由专职人员手动更换电池组,AGV即可投入使用。换下的电池组通过充电后待用。其特点是简单快捷,但要专人看管,需多一倍的电池组,浪费人力财力,方式原始。常用于对工作响应的及时性要求较高、车不足的场合。
  2.4不同通讯方式
   (1)有线通讯
  可利用导引线实现载波通讯,布线隐蔽,不易污损。主要用于电磁导引、简单路径和区域不大的场合。
  (2)红外光通讯
   没有频率许可问题,通讯速度高,容易控制,通讯区须在清晰可见范围,需要机械防护,对灰尘敏感,受其它光源及相同波长红外线的干扰。适用于简单路径、没有遮挡和区域不大的场合。多用于电磁导引、磁带导引、光学导引AGV。
   (3)无线电通讯
  良好的空间覆盖范围,对一般的遮挡干扰不敏感;安装简单,容易保护;室外效果更好。缺点是使用频率须许可,同一个系统内的所有AGV和地面基站须统一用一种频率,易受其它无线电设备干扰。适用于各种路径、各种导引方式、环境较复杂、区域较大的场合。
  (4)无线局域网
   除了具有无线电通讯的基本特性外,还具有网络通讯的各项特点,速度快、扩展方便、兼容性好、与其它系统连接便捷、成本低。适用于各种路径、各种导引方式、环境较复杂、区域较大的场合。
3导引方式的适用性
  
  (1)电磁导引
  它是在AGV的行驶路径上埋设金属导线,并加载低频、低压导引电流,使导线周围产生磁场,AGV上的感应线圈通过对导引磁场强弱的识别和跟踪,实现AGV的导引。其主要优点是引线隐蔽,不易污染和破损,导引原理简单而可靠,便于控制和通讯,无声光干扰,制造成本较低。其主要缺点是路径更改的灵活性差,调整变动很麻烦,感应线圈对周围的铁磁物质较敏感,导引速度有效。适用于路径不太复杂,作业点固定不变的场合,如汽车总装中的发动机、后桥、仪表板运送;印刷厂的纸卷运送等。
   (2)磁带导引
  与电磁导引相近,用在路面上贴磁带替代在地面下埋设金属线,通过磁感应信号实现导引,其灵活性比线导引好,改变或扩充路径较容易,磁带铺设简单易行,但此导引方式易受环路周围金属物质的干扰,因磁带外露,容易受到磨损、机械损伤和污染,导引的稳定性受环境影响较大。适用于路径简单,线路不是很长,环境比较洁净的场合,如电子工业的生产线,制药企业、食品企业的物料运送等。
   (3)光学导引
  在AGV的行驶路径上涂漆或粘贴色带,通过对光学传感器采入的色带图象信号进行简单识别和处理而实现导引,其灵活性比较好,地面路线设置十分简单,但对色带的污染和磨损十分敏感,对环境要求较高,导引可靠性受制于地面条件。适用性类似磁带导引。
  (4)惯性导引
  惯性导航是在AGV上安装陀螺仪,在行驶地面上安装定位块,AGV可通过对陀螺仪偏差信号的计算及地面定位块信号的采集来确定自身的位置和方向,从而实现导引。其主要优点是技术先进,定位准确性较高,灵活性强,便于组合和兼容,适用领域广。缺点是陀螺仪对振动较敏感,地面条件对AGV的可靠性影响很大,后期维护成本较高,且需要校正定位。适用于地面条件较好的各种场合,对搬运宽大笨重的物体,如车身、底盘、板材、集装箱等更突出其优势。
   (5)激光导引
  激光导引是在AGV行驶路径的周围安装位置精确的激光反射板,AGV通过发射激光束,并采集由不同角度的反射板反射回来的信号,根据三角几何运算来确定其当前的位置和方向,实现AGV的导引。此项技术最大的优点是技术先进,AGV定位精确;地面无需其他定位设施;能够适应复杂的路径条件及工作环境,能快速变更行驶路径和修改运行参数,是目前国内外许多AGV生产厂家推荐采用的导引方式,缺点是车型构造需首先保证激光扫描器的视场要求,AGV抗光干扰的纠错能力有一定局限,且成本较高。适用于广泛领域和场合,对路径复杂,作业点变更频繁,有系统扩充调整要求的,用该技术是一个理想的选择。如卷烟生产车间、发动机试车线、印钞造币车间等的物料自动运送。
   (6)点导引
  AGV路径由无数个线段组成,车按内置线路行走,通过编码器和各个点的序号进行跟踪,在段与段之间的点上进行校正,从而实现有效导引。该技术简单易用、成本低,适用于路径简单、弯道少、直段多、定位要求不太高的场合,如平库中的托盘排列存储、分段定点装配线等。
   (7)图像识别导引
  对AGV行驶区域的环境进行图象识别,实现无固定路线的智能化行驶。这是一种具有未来发展潜力的技术,目前只有极少数国家的军方试用,将其应用到普通AGV上还有较长的距离。
   (8)GPS导引
  通过卫星对非固定路面系统中的控制对象进行跟踪和导航,目前此项技术还在发展和完善中,通常用于室外远距离的跟踪和导航,其精度取决于卫星在空中的定点水平以及控制对象周围环境等因素,目前直接通过卫星的一次定位还不能达到实用中的精度要求。
  
  4不同路径的适用性
  
   (1)简单路径
  
  这里指直线往返、环线周转等线路单一,交叉少的AGV行驶路径(如图3所示)。适用于库区出口与入口两地之间的物料往返运输;汽车总装的发动机、后桥装配环线等。常用的导引方式是电磁导引、磁带导引、光学导引、点导引。
   (2)复杂路径
  这里指多重曲线交叉、区域分散,通道不规则,有多车随机调派,对交通管理有严格要求的路径场合(如图4所示)。适用于库区多个出入口与生产车间各个机组之间的物料运送,如卷烟车间的辅料运送;汽车总装线中的各种零部件供给等。常用的导引方式如惯性导引、激光导引。
  
  5调度指令的适用性
  
   (1)顺序分配
  AGV接受上位调度计算机下达的任务指令是根据空车等待时间的先后排队顺序依次分配。比较适用于电磁导引、磁带导引、光学导引、点导引AGV系统。
   (2)随机分配
  AGV接受上位调度计算机下达的任务指令是根据在所有等待的空车中随机分配。比较适用于激光导引、惯性导引AGV系统。
   (3)优化分配
  AGV接受上位调度计算机下达的任务指令是先根据某一空车当前所在位置距任务目标点的距离最近来进行预分配,并在此过程中如果又有更近的空车产生,则系统会自动重新更改指令,最终将任务转给最近的AGV去执行。比较适用于激光导引、惯性导引AGV系统。
   (4)特殊分配
  AGV接受上位调度计算机下达的任务指令是根据时间、任务、条件等的优先级,按需求进行转换调整进行分配。比较适用于激光导引、惯性导引AGV系统。
  
  6小结
  
  (1)AGV适用性主要与不同的行业、车型、导引方式、路径以及调度要求有密切相关。此外,不同的环境、场合、要求、价格等因素都对适用性影响很大。
  (2)通过以上综合论述,可以大致了解AGV的总体特点和相互差异,对于在实际项目设计中正确理解、准确把握、灵活应用具有一定的参考价值。
  (3)本文的论述只是将主要特点作了提示,不一定完整和确切,不能作为判断和选择的唯一依据。要具体情况具体分析,综合考虑,权衡利弊,科学抉择。
  (4)实际中,一个AGV系统的优劣不仅仅是设计因素造成的,还与用户是否正确使用有关,与制造工艺、加工水平、装配调试、维护保养等有直接关系。

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