agv控制技术报告完整版.docx
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agv控制技术报告完整版
自动导引车（AGV）系统
技
术
工
作
报
告
1.国内外发展情况
先进制造技术、工厂物流自动化是目前国内外极受重视的新技术应用领域。
柔性加工、柔性装配、仓储物流自动化是其中的重要组成部分。
自动导引车（AutomatedGuidedVehicle）则是其中不可缺少的重要设备和系统技术。
在世界范围内，随着市场需求的增长，近几年有了很大发展。
AGV技术的发展，进一步促成了先进的柔性生产线、自动化物流系统的实现。
国外发达国家中日本、德国、美国、瑞典、意大利AGV产品种类齐全，技术先进，处于领先地位。
沈阳新松机器人自动化股份有限公司多年来，从基础技术研究开始，已开发出具有自主知识产权的AGV及其系统技术，获得多项专利。
在先进的加工制造生产线上使用柔性加工系统（FMS）技术,在装配（例如汽车及其部件）生产线上使用柔性装配系统（FAS）技术,在仓库存取输送线上使用自动化柔性物流系统技术,可以增加制造生产线和物流系统的柔性,提高生产效率,适应生产多品种产品的市场需求,提高企业的组织和设备重组能力和对市场作出敏捷反应的能力。
目前，由于国内汽车行业的快速发展，其对配套生产厂家的产品质量及产量要求不断提高，特别是装配制造业。
基于这种情况对柔性装配系统的需求正在不断提高。
2.技术原理
2．1AGVS系统构成
生产线控制管理系统
局域网
AGV调度控制器
AGV
充电站
无线
接入点
无线
接入点
无线
接入点
地面导航系统
AGV#1
AGV#2
AGV#3
AGV#n
远程I/O
无线局域网802.11B
AGV自动导引车系统由带辅助装置的AGV车、地面导航系统、在线自动充电系统、周边输送系统、AGV控制台和通讯系统等构成。
●AGV
带辅助装置的AGV完成发动机从各个工位的之间输送。
●地面导航系统
地面导航系统主要由磁条或激光反光板构成，由磁条或激光反光板构成AGV的运行区域，形成AGV运行的不同路径。
●在线自动充电系统：
为了保证AGV24小时内连续运行和使用的可靠性，采用大电流快速充电的方法为AGV自动补充能量。
AGV的充电过程是在控制台的监控下自动进行的。
●周边输送系统
周边输送系统主要是AGV的自动上下货位置，这些设备在与AGV进行交接货物时，在系统监控下实现动作的互锁和协调。
●AGV控制台
控制台是AGV系统的调度管理中心，负责与监控计算机交换信息，生成AGV的运行任务，解决多AGV之间的避碰问题。
同时将AGV系统的状态反馈给中心控制管理系统。
●通讯系统
通讯系统由AGV控制台和各AGV之间组成无线局域网（此通讯系统频率2.4GHz不需向无委会申报，覆盖范围不大于500米）。
AGV与控制台之间采用无线局域网进行信息交换。
通过多个无线接入点的组合，覆盖AGV运行的区域，使AGV在跨越不同的区域时实现自动漫游，实现无缝连接。
2．2AGV的构成
CPU板
电子盘
定时器板
无线网卡
传感器板
I/O板
液晶显示
键盘
手控盒
前导航传感器
I/O扩展板
（AP1、AP2、AP3、AP4、AP5）
位控板1
PWM1
PWM2
PWM3
PC总线
后导航传感器
SA-10D
地标传感器
跟踪传感器
前轮舵角
后轮舵角
举升限位开关
举升手控盒
报警
显示灯
急停开关
充电控制
保险杠
供电系统
继电器状态
上电控制
电池电压检测
脚踏开关
充电连接器
电池
面板开关
位控板2
PWM4
PWM5
PWM6
面板开关
PWM6
PWM5
PWM4
面板开关
PWM3
PWM2
PWM1
3.技术基础
新松公司是我国唯一的一家专门从事机器人和自动化装备研究开发及产业化的高技术股份公司，技术实力雄厚，科研及生产条件优良。
多年来完成了一大批国家攻关计划以及“863”高技术计划项目，取得了丰硕成果。
先后解决了机器人操作机优化设计技术、高性能机器人控制系统开发技术、机器人作业技术、大型机器人自动化线设计技术以及机器人成套周边装备设计开发技术等关键技术问题，取得了几十项专利，形成了一系列机器人及其周边设备产品及机器人自动化生产线成套装备。
其技术水平在国内处于领先地位，并达到世界先进水平。
在AGV物流技术方面，我们的自动导引车（AGV）系统已被列入全球采购平台，产品出口到美国、加拿大、俄罗斯、印度、韩国等多个国家，打破了中国高技术AGV系列产品只有进口没有出口的历史。
为汽车及汽车零部件装配行业开发与制造的AGV系统形成了完整的系列产品,占据了国内大部分的汽车生产企业，在国内处于垄断地位。
沈阳新松机器人自动化股份有限公司始终致力于中国自主知识产权的AGV技术开发，积极推进AGV产业化发展。
经过近十几年的努力，已经具备了自动导引车（AGV）系统自主研究开发、生产制造、工程设计与实施的成熟技术和能力。
在AGV产品、工程应用、物流周边设备生产方面已经达到了相当的规模，形成了年产300台套AGV和基于AGV的工业自动化系统的生产能力；在AGVS生产体系、生产设施、生产条件等方面也得到了较大的扩充和改善，建立起了较完善的售后服务体系、人员培训体系和质量保证体系，成为国内唯一通过ISO9001国际质量体系认证的机器人研究、开发和生产机构。
4．自动导引车（AGV）系统项目简介
近年来，随着中国汽车零部件行业的蓬勃发展，国内汽车发动机厂家开始跟踪国外先进装配工艺，以提高生产效率和产品质量。
目前国外VOLVO，依维克等大型发动机生产厂家都采用先进的AGV自动导引车作为装配车间移动的工作平台。
新松公司自主研发的自动导引车（AGV）系统也已在国内得到成功应用。
如以潍柴动力股份有限公司的发动机装配为应用背景，开发了适应发动机和变速箱等组件装配的自动导引车（AGV）系统，为潍柴动力股份有限公司的新建工业园区发动机装配线大批量运用AGV系统，。
在本项目中，新松公司充分发挥在自动控制领域和系统集成能力上的优势，对整个生产车间物流输送AGV系统、线上工具配置系统、电器控制及管理信息系统进行详细规划设计，使整个系统达到自动化程度高、性能可靠、工人操作简单方便、物流规划合理等效果，该项目共应用了24台自动导引车（AGV）系统。
其工艺流程是：
由计算机控制的空中移栽机构将发动机送到指定工位后，通过发动机上的飞轮壳与AGV小车上的法兰盘相连接，AGV在固定的环形路线依次经过各个工艺停车点（工位）进行相应工艺内容的装配工作，同时AGV上安装有信息系统的计算机终端，适时显示装配工艺，指导安装人员进行装配。
完成全部预定的工作内容后，AGV停靠到指定的站点由人工将发动机吊放到测试输送线上，完成一个工作循环。
同时各个系统之间通过数据库和网络通信实现信息共享，协同实现对整个车间的作业控制和信息管理。
系统建立车间级局域网，使得车间能够独立运行，同时又可方便地与其它车间或上级管理系统进行信息交换。
该用户评价我们的AGV系统技术先进，设计合理，外形美观，设备投产运行后，性能稳定，故障率低，达到国际先进、国内领先水平。
该系统的投产应用，提高了劳动生产率，保证了产品质量，提升了公司的形象，产生了良好的经济和社会效益。
5．自动导引车（AGV）系统技术参数及性能指标
系统控制方式：
采用集中调度管理方式,实时监视AGV系统的运行状态,实现柔性控制。
通讯方式：
AGV控制台与AGV间采用无线局域网通讯交换信息。
导航方式：
磁导航AGV/激光导航?
驱动方式：
直流伺服驱动/交流伺服驱动AGV运行速度?
：
负载最大:
45m/min,空载最大:
60m/min?
导航精度?
：
±10?
mm运动方向：
前进，后退（手动），转弯
AGV自重：
1200Kg
转弯半径：
2m（最小）
工作时间：
24小时连续（三班）
充电方式：
在线自动快速充电
电池：
48V/100Ah
防碰装置：
远程非接触防碰
信息显示终端：
AGV上带有信息系统的计算机终端，15”液晶屏幕，适时显示装配工艺等
手持条码扫描器：
用于装配过程中零部件信息录入
盘车伺服系统：
用于气门间隙调整时调整曲轴位置
柴油机旋转：
绕轴线点动旋转±170o
柴油机上下升降：
柴油机点动上下升降功能
操作面板：
左右双操作面板
6．自动导引车AGV外形图
7．各分系统的技术介绍
AGV系统中的主要元件（控制器、车轮、伺服、电台等）均使用国际知名公司的成熟产品，确保系统稳定可靠。
7．1自动导引车AGV车载控制器
AGV控制器使用国际着名工控品牌研华成熟的前面板接线系列主机作为处理器核心，该种处理机接线方便是，紧固可靠，配合新松公司多年来为AGV专业开发的各种功能模块，实现了AGV控制器的通用性与模块化，各功能模块性能稳定可靠且分工明确，即保证了AGV整体性能的灵活配置，又便于不同系统功能的扩充与维护。
7．2自动导引车AGV驱动系统
AGV驱动轮使用欧洲进口的AGV专用车轮，该种AGV专用车轮外层使用树脂橡胶材料做成，具有强度高、耐磨损、稳定性高、具有一定的弹性等优点，非常适合于AGV系统的使用，车轮单元独立组成一个完整的驱动机械系，在一个轮支架内安装有直流伺服电机、同轴减速器、抱闸、旋转编码器及测速机等，车轮结构紧凑、空间占用少、可控性高、性能可靠、维护简单。
全方位驱动轮集成了行驶与转向两个单元，转向单元使用一个独立的伺服电机装有旋转编码器及高精度位置检测电位计，转向单元可在±90o的范围内转动，控制驱动电机的驱动轴向，配合驱动单元的正反转，可使车轮沿任意方向运动，在三轮结构AGV中装有一个全方位驱动轮。
7．3AGV的安全机制
AGV系统具有完善的多级安全报警机制，包括控制台系统监控、非接触式防碰保险杠、接触式防碰保险杠、停止按钮、急停按钮等，可以在各种情况下保证AGV系统以及AGV周边操作人员及设备的安全。
为确保AGV在运行过程中自身安全，特别是现场人员的安全及各类设备的安全，AGV自身采取多级安全措施。
在AGV的前后方均设有非接触激光防碰传感器和接触式传感器—保险杠。
非接触激光防碰传感器使用国际着名品牌的激光扫描测距传感器，分两个区域即减速区和停车区，减速区距离较远，停车区距离较近。
该传感器安装在AGV的前后两个方向，主要对高速运行的AGV进行防碰保护，AGV在遇到障碍物时先减速后停车。
保险杠是最后一道检测，安装在AGV的四周，宽出车体，主要用于AGV低速运行时的防碰保护（如在侧移过程中），保险杠检测到障碍物，受到一定的压力后将报警并控制AGV停止。
在AGV的周边设有急停开关，任何时间按下急停开关，AGV立即停止运行。
在AGV安装有醒目的信号灯和声音报警装置，以提醒周围的操作人员。
一旦发生故障，AGV自动用声光报警。
同时通过无线通讯系统通知AGV监控系统。
AGV监控系统在控制台上显示当前状态和文字提示。
监控人员可以根据提示的信息，指挥现场人员排除故障。
7．4自动导引车AGV的导航系统：
磁导航
自动导引车AGV使用磁导航，在AGV下方装有磁传感器专业公司为AGV专门设计的磁导航传感器，该传感器结构紧凑、使用简单、导航范围宽、导航精度高、灵敏度高、搞干扰性好，AGV地标传感器使用同一系列的横向产品，安装尺寸更小，可与导航传感器使用相同的信号磁条。
AGV的地面磁导航系统是AGV在运行过程中所能达到的路径，主要由以下几部分构成：
运行路径导航线、地标导航线和弯道导航线。
采用磁导航的方法，运行路径导航线由长500mm、宽50mm、厚度为1mm的磁性橡胶铺设而成，根据路径的具体要求可以进行适当的裁剪。
地标导航线由长150mm、宽50mm、厚度为1mm的磁性橡胶铺设而成，在地图上地标是各个站点的标志。
弯道导航线由路径导航线和地标导航线构成，如下图所示：
导航线及地标
导航线
地标
AGV在弯道的运行分成下述几个步骤：
●找到地标。
●按一定的转弯半径，AGV靠码盘的位置编程来完成圆弧的轨迹。
寻找导航线，按导航线的路径行走。
激光导航系统
激光导航原理
激光导航系统如图所示:
AGV的上部安装了激光扫描器，激光扫描器随AGV的行走,发出旋转的激光束。
发出的激光束被沿AGV行驶路径铺设的多组反光板（全向反光板）直接反射回来，触发控制器记录旋转激光头遇到反光板时的角度。
控制器根据这些角度值与实际的这组反光板的位置相匹配，计算出AGV的绝对坐标，基于这个原理就可以实现非常精确的激光导引。
探测角度：
360。
激光安全级别：
Ⅰ类激光，绝对安全
旋转频率：
8HZ
保护等级：
IP65
工作温度：
0~50。
工作电压：
24V/48V
定位精度：
+/-2mm（反射板距离小于5米时）
7．5在线自动充电系统
AGV使用高容量镍镉充电电池作为供电电源该种电池一方面在短时间内可提供较大的放电电流，在AGV启动时可提供给驱动系统以较大的加速度，另一方面该种电池的最大充电电流可达到额定放电电流的10-20倍，使用大电流充电即可减少电池的充电时间，AGV的充电运行时间比可达到1：
10，AGV可使用专用的充电站停车进行在线充电，快速补充损失的电量，使AGV在线连续运行成为了可能。
在AGV运行路线的充电位置上安装有地面充电连接器，在AGV车底部装有与之配套的充电连接器，AGV运行到充电位置后，AGV充电连接器与地面充电接器的充电滑触板连接，该种充电连接器的最大充电电流可达到200安以上。
在线自动充电系统由地面充电机、AGV电量检测装置和充电管理系统构成。
AGV在运行过程中电量检测装置实时监测电池的放电量，当放电量达到指定的数值时，产生充电申请。
AGV通过无线局域网向控制台提出充电申请，由控制台调度AGV到达充电站进行充电；充电机是全自动的，充电机可自动完成电池电压检测、恒流充电、恒压充电，按标准充电曲线完成整个充电过程，控制台通过I/O点对充电机进行检测，当检测到充电完成时，控制台可以通知AGV完成充电，AGV可脱离充电位置继续投入运行。
7．6无线局域网通讯系统
AGV控制台与AGV间采用无线通讯方式，控制台和AGV构成无线局域网。
控制台依靠无线局域网向AGV发出系统控制指令，任务调度指令，避碰调度指令。
控制台同时可接收AGV发出的通讯信号。
AGV依靠无线局域网向控制台报告各类指令的执行情况、AGV当前的位置及AGV当前的状态。
无线局域网使用工业级专业通讯电台，车载电台与系统通讯接入点之间使用多频点跳频（或直序扩频）数字通讯，系统具有60多个频点可选，通讯速度高、抗干扰性好，且通讯电台支持多主无缝方式漫游，在较大的应用空间内有非常好的区域扩展能力。
执行标准：
802.11x
载频：
2.4GHZ（5.8GHZ）
车载天线：
3dB
开放空间通讯距离：
100米
使用国际开放频段，无需向无线电管理委员会申请应用频带。
7．7自诊断系统
AGV车载控制器软件和硬件的设计提供了AGV系统的自检测，自诊断，自保护能力。
在AGV车载界面中可完整的查询AGV中各关键部件的工作状态，且多数信息均可进行动态观察，使用十分方便。
在AGV控制台内还记录有系统自动运行过程的状态数据，记录文件的数量可以人工进行调整，保证系统运行的可追溯性。
7．8人机界面
1）新松公司设计的AGV系统中所有系统软件（包括车载软件、控制台软件、管理软件、系统参数编辑软件等等）均使用方便的中文菜单式操作界面，提供丰富的操作内容；下图是AGV控制台AGV状态窗口中的显示内容，操作人员在控制室内可通过列表详细了解系统中所有AGV的运行状态，如出现故障，控制台会及时报警，操作人员又可通过列表快速直观地查询故障车号及原因。
2）AGV的运行也使用全中文的操作界面，AGV根据当前的状态动态调整屏幕上的显示内容，操作人员可以通过该界面掌握AGV的位置、状态、任务信息、传感器状态、附属设备状态、故障信息等多种信息，一旦AGV出现故障，操作和维修人员能够通过AGV的故障诊断系统及时准确地查找故障的原因，便于故障的排除。
。
3）维护人员可以通过显示和操作面板设定系统参数，修改系统参数。
4）操作人员可以通过显示和操作面板设定工作参数，修改工作参数。
7．9AGV与发动机的连接装置
AGV与发动机的连接装置采用法兰盘连接，法兰盘具有升降、旋转及盘车的功能。
在发动机的不同装配工位自动实现姿态的改变，以适应人机工程的要求。
7．10多种运行模式
AGV具有手动、离线自动、自动运行三种运行模式，前两种方式均可使AGV脱离网络独立运行，便于系统调试、维护及紧急情况的处理，多种运行方式可最大限度地保证系统可用性，提高系统使用率。
7．11自动导引车AGV系统对环境的影响
AGV使用直流电机驱动，一体化树脂橡胶车轮，工作时运行噪声很小，远小于70dBA，抱闸只在AGV处于静态时起作用，AGV在使用过程中，仅在充电时电池有极少量的水汽排出，对运行环境完全不会造成污染。
当遇到紧急情况时，由人工按下，转运车将立即停止运行。
在转运车的显着位置安装有运行警示灯，当转运车行进时警示灯闪亮，提醒人们注意。
7．12上线站点号自动识别（RFID）
磁导航AGV上线登录时，需要知道当前点的位置标识。
通常由人工输入AGV当前上线登录的站点编号，由于人为等因素的介入，容易造成站点编号的输入错误。
为了避免人为因素造成的错误，我们的AGV系统引入了上线站点号自动识别系统（RFID）。
当AGV需要上线进行登录操作时，AGV通过附近的站点时，可以自动读取该站点的站点编号，从而避免站点编号的输入错误。
7．13工艺显示终端
AGV上带有工艺显示终端，可根据不同柴油机的机型适时显示装配工艺和装配信息等。
当AGV到达某一工位时，工艺显示终端自动显示该工位装配工艺及需要装配的部件，当条码扫描部件与装配部件信息不符合是显示错误状态，提示装配人员进行调整，同时工艺显示终端显示被装发动机在AGV上的各种姿态信息。
该信息显示终端采用带有15”液晶显示屏的工控一体机，保证对工业环境的适应性。
7．14多驱动轴协调控制
由于发动机装配需要多种姿态，在不同装配工位的姿态不同，要求AGV在运动过程中进行多轴协调运动，其中包括升降、旋转及盘车，在盘车过程中要求两个轴同步旋转且相对角度误差小于1度。
8．先进性和创新点
随着电子器件和控制技术的发展，AGV系统的技术也不断的提高，而且许多新技术都应用到AGV或AGVS上。
激光技术的应用使AGV实现虚拟路径的导航和安全保护；无线局域网的应用使AGV的调度实时性更强，是AGV调度技术的一场革命；现场总线的应用使AGV的可靠性和可维护性得到提高；RFID的应用使AGV与地面系统的信息交互量更大，自适应性更强。
本项目重点解决了AGV的轮系结构、实时控制系统、嵌入式软件、混合导航、多AGV?
系统调度管理等关键技术难题，适合国内外不同应用环境的AGV系统，并在汽车制造等自动化生产线上应用，提升了我国企业的工业自动化水平和参与国际竞争的能力。
并在如下方面做出了创造性的贡献：
?
（1）适合我国现代物流特征的运输装配型AGV?
系统的总体设计思想
（2）适应不同地面要求的AGV轮系结构?
?
（3）AGV实时控制系统及嵌入式实时控制软件?
?
（4）混合导航方法和多极AGV调度管理算法?
?
（5）RFID在AGV调度中的应用和多AGV?
通讯?
?
（6）建立符合现代物流以特征的生产执行过程管理模式，并实现制造过程管理与底层自动化装备、物流AGV系统和上层商务系统的无缝集成?
（7）交流永磁同步电机控制
升级会员 