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AGV小車(chē)技術(shù)及其在汽車(chē)制造行業(yè)的應(yīng)用

2016-06-20 08:52王軍建尚小輝陜西重型汽車(chē)有限公司陜西西安710200
汽車(chē)實(shí)用技術(shù) 2016年5期
關(guān)鍵詞:控制器汽車(chē)

王軍建,尚小輝(陜西重型汽車(chē)有限公司,陜西 西安 710200)

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AGV小車(chē)技術(shù)及其在汽車(chē)制造行業(yè)的應(yīng)用

王軍建,尚小輝
(陜西重型汽車(chē)有限公司,陜西 西安 710200)

摘要:文章介紹了AGV (Automatic Guided Vehicle)小車(chē)的優(yōu)越性及應(yīng)用前景,從AGV小車(chē)的結(jié)構(gòu)、控制方式、驅(qū)動(dòng)形式等方面闡述了AGV的基本原理。最后對(duì)AGV目前在汽車(chē)制造領(lǐng)域的應(yīng)用予以了說(shuō)明。

關(guān)鍵詞:AGV;控制器;磁導(dǎo)航;汽車(chē)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.033

CLC NO.: U468.8Document Code: BArticle ID: 1671-7988 (2016)05-187-04

前言

隨著我國(guó)人力成本的不斷上升,降低人工成本,提高工廠的自動(dòng)化程度越來(lái)越受各企業(yè)的重視。AGV(Automatic Guided Vehicle)小車(chē)作為一種自動(dòng)化智能運(yùn)載設(shè)備,可以減少人工消耗,減輕工人勞工強(qiáng)度,其使用的效果已經(jīng)得到了普遍認(rèn)可,已經(jīng)開(kāi)始走入“尋常百姓家”。

1、AGV小車(chē)的優(yōu)越性

AGV小車(chē)是上個(gè)世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的智能化搬運(yùn)運(yùn)載設(shè)備,到了90年代全世界已經(jīng)擁有的AGV小車(chē)已經(jīng)達(dá)到10萬(wàn)臺(tái)以上,主要集中在歐美、日本等的發(fā)達(dá)國(guó)家。近年來(lái),隨著國(guó)內(nèi)生產(chǎn)AGV小車(chē)的廠家逐漸增多,技術(shù)不斷進(jìn)步,小車(chē)制造成本不斷降低 ,同時(shí)我國(guó)制造業(yè)人力成本不斷上升、勞動(dòng)力開(kāi)始出現(xiàn)短缺現(xiàn)象,這些因素共同推動(dòng)了AGV小車(chē)的應(yīng)用普及。AGV小車(chē)作為一種智能運(yùn)載工具,目前主要有三大優(yōu)點(diǎn):1.節(jié)省人力。AGV作為一種智能化的運(yùn)載工具,運(yùn)行過(guò)程無(wú)需員工操作,這也是與傳統(tǒng)的叉車(chē)、電瓶車(chē)有本質(zhì)的區(qū)別,勞動(dòng)力得到了解放。企業(yè)的人工成本得到了降低。2.使用成本低。單體小車(chē)價(jià)格較低,小車(chē)的原理簡(jiǎn)單,容易維護(hù)。小車(chē)在使用過(guò)程中的維護(hù)成本較低。3.零排放,沒(méi)有尾氣污染。對(duì)很多車(chē)間來(lái)說(shuō),空氣質(zhì)量一直是企業(yè)職業(yè)健康的重要關(guān)注點(diǎn)之一,與物流小車(chē)相比,AGV小車(chē)沒(méi)有尾氣排放,不會(huì)對(duì)車(chē)間的空氣產(chǎn)生污染。

圖1

2、AGV小車(chē)的基本原理

AGV小車(chē)作為一種自動(dòng)化運(yùn)載設(shè)備,它是以PLC為控制核心、蓄電池為動(dòng)力、裝有非接觸導(dǎo)引裝置的無(wú)人駕駛自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)載車(chē),其自動(dòng)作業(yè)的基本功能是導(dǎo)向行駛、認(rèn)址準(zhǔn)停和移交載荷。AGV小車(chē)主要是由車(chē)載控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、行走系統(tǒng)和安全與輔助系統(tǒng)、車(chē)體、電池系統(tǒng)等組成。其中車(chē)載的控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、行走系統(tǒng)是AGV小車(chē)的核心組成,也是各AGV廠家研究的重點(diǎn)。

在AGV小車(chē)的結(jié)構(gòu)中, PLC(可編程控制器)是控制的核心單元、障礙物識(shí)別傳感器為控制系統(tǒng)的外部信號(hào)輸入源。PLC的主要作用是接收外部的數(shù)字量信號(hào)輸入,將信號(hào)進(jìn)行處理后,輸出數(shù)字量信號(hào)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,從而控制整個(gè)AGV小車(chē)的行走。小車(chē)車(chē)體上應(yīng)安裝有啟動(dòng)、停止、復(fù)位、急停等按鈕,同時(shí)應(yīng)當(dāng)有電源指示、運(yùn)行指示,急停指示、故障指示以及報(bào)警提示等。

3、AGV小車(chē)的基本結(jié)構(gòu)

基本確定AGV小車(chē)的硬件后,硬件的安裝布局位置應(yīng)按緊湊合理,應(yīng)保持小車(chē)的中心在小車(chē)結(jié)構(gòu)的中心位置。AGV小車(chē)主體結(jié)構(gòu)的布局圖如下所示:

圖2 AGV小車(chē)主要硬件的布置圖

3.1導(dǎo)航系統(tǒng)

導(dǎo)航系統(tǒng)是AGV小車(chē)的核心組成之一,是保證AGV小車(chē)能否沿正確路徑行走的關(guān)鍵。隨著技術(shù)進(jìn)步,AGV的導(dǎo)航系統(tǒng)按有無(wú)導(dǎo)引路線大致分為三種:一是有固定路線的方式:二是半固定路線的方式,包括標(biāo)記跟蹤方式和磁力制導(dǎo)方式;三是無(wú)路線方式,包括地面幫助導(dǎo)航、用地圖上的路線指令導(dǎo)航方式和在地圖上搜索最短路徑制導(dǎo)方式。由于固定線路方式的導(dǎo)航,價(jià)格低、功能簡(jiǎn)單,得到廣泛的應(yīng)用,而半固定路線和地面幫助導(dǎo)航方式在企業(yè)應(yīng)用不多。固定路線的導(dǎo)引方式有磁條導(dǎo)航、光學(xué)控制導(dǎo)航、激光導(dǎo)航。

圖3

磁條導(dǎo)航在由于價(jià)格低,施工簡(jiǎn)單,在AGV小車(chē)領(lǐng)域使用廣泛。磁條導(dǎo)航需要使用專(zhuān)用磁條傳感器、專(zhuān)用磁條。磁條傳感器的結(jié)構(gòu)如下圖所示,磁條傳感器是內(nèi)部間隔10mm平均排列16個(gè)(型號(hào)不同,點(diǎn)數(shù)不同)采樣點(diǎn),能夠檢測(cè)磁條上方的磁場(chǎng),每個(gè)采樣點(diǎn)都有一路信號(hào)對(duì)應(yīng)輸出,磁條傳感器內(nèi)部垂直于磁條上方連續(xù)采樣,每個(gè)采樣點(diǎn)檢測(cè)到磁條都會(huì)輸出信號(hào)。磁條傳感器應(yīng)用根據(jù)檢測(cè)到的磁性強(qiáng)度,將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成布爾數(shù)字量量信號(hào),傳遞給控制器。路徑追蹤時(shí),控制器根據(jù)磁條傳感器的輸入信號(hào)判斷AGV小車(chē)是否偏離軌道從而進(jìn)行差速調(diào)節(jié)保證AGV小車(chē)沿著軌道行走。

本文選擇的磁條傳感器為興訟CNS-MGS-16-232磁條傳感器,這種傳感器同時(shí)支持I/O傳統(tǒng)的接線方式,也支持RS232通信。

3.2行走系統(tǒng)

在國(guó)內(nèi),AGV制造領(lǐng)域主要采用無(wú)刷直流電機(jī)作為小車(chē)的動(dòng)力電機(jī)。

無(wú)刷電機(jī)控制的基本原理是PLC輸送給無(wú)刷電氣驅(qū)動(dòng)器以控制指令,無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器按照設(shè)定的參數(shù)控制電機(jī)的啟動(dòng)、停止、調(diào)速等?;具^(guò)程如下圖所示:

圖4

本文選用興訟的無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器CNS-BLD-NC,這個(gè)類(lèi)型的驅(qū)動(dòng)器一臺(tái)驅(qū)動(dòng)器可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)器。磁條傳感器,可以直接與驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行通信。驅(qū)動(dòng)器根據(jù)接收的磁條傳感器信號(hào),自動(dòng)判斷小車(chē)是否偏離了軌道,對(duì)AGV后輪的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行差速。興訟驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)的連接圖如下:

圖5

驅(qū)動(dòng)器使用直流24V作為電源。1-10可以與PLC的I/O信號(hào)連接,通過(guò)0-5V電壓調(diào)整小車(chē)速度。RS232通信端口直接連接磁條傳感器。

差速AGV小車(chē)的轉(zhuǎn)向主要是電機(jī)差速來(lái)實(shí)現(xiàn)的,如圖所時(shí),小車(chē)左輪的速度為V1,小車(chē)右輪的速度為V2。

圖6

AGV小車(chē)路徑追蹤時(shí):當(dāng)AGV小車(chē)開(kāi)始運(yùn)行時(shí),小車(chē)前面的障礙物檢測(cè)傳感器沒(méi)有檢測(cè)到障礙物時(shí),AGV小車(chē)開(kāi)始追蹤。

當(dāng)傳感器檢測(cè)到小車(chē)向左偏離時(shí),控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速V1>V2;傳感器檢測(cè)到小車(chē)沿著軌道運(yùn)行無(wú)偏差時(shí),V1=V2;傳感器檢測(cè)到小車(chē)向右偏離時(shí),V1

3.3小車(chē)認(rèn)址信號(hào)

小車(chē)認(rèn)址也分為兩種形式,一種形式只是簡(jiǎn)單的信號(hào)確認(rèn),第二種是可以確定小車(chē)的具體位置。目前在簡(jiǎn)單的AGV系統(tǒng)中,第一種方式應(yīng)用普遍。磁條的磁性分為N極性磁條和S性極性磁條,相應(yīng)的傳感器也分為N極性和S極性傳感器。

在AGV小車(chē)行走過(guò)程中可以選擇N極性磁條和N極性傳感器分為作為AGV小車(chē)的路徑軌道和認(rèn)址地址。在小車(chē)車(chē)體上安裝與認(rèn)址磁條相對(duì)應(yīng)的傳感器,小車(chē)行走到認(rèn)址位置時(shí),小車(chē)可以根據(jù)程序選擇停止、加速、減速等。

圖7

4、小車(chē)的軌道布置

小車(chē)的軌道是特制磁條鋪設(shè)而成,磁條寬度約為50mm。

小車(chē)的軌道布置是小車(chē)能夠?qū)崿F(xiàn)功能,按照預(yù)期運(yùn)行關(guān)鍵因素之一,應(yīng)當(dāng)合理布置小車(chē)的運(yùn)行路徑。

小車(chē)的運(yùn)行軌道如圖所示,小車(chē)的軌道應(yīng)避免直角,拐彎處應(yīng)采用圓弧形狀。在軌道的兩側(cè)可以布置地標(biāo),小車(chē)行走至地標(biāo)時(shí),停止行走,小車(chē)人工復(fù)位后,小車(chē)恢復(fù)行走。軌道兩側(cè)的地標(biāo),是設(shè)置小車(chē)停車(chē)點(diǎn)的關(guān)鍵。

AGV小車(chē)的控制控制面板及PLC的輸入、輸出分配。

本文中AGV使用三菱FX-3U PLC作為控制器,其輸入、輸出的I/O點(diǎn)分配如下圖所示:

表1 

5、小車(chē)的PLC程序

小車(chē)行走的基本流程圖

圖8

根據(jù)流程圖,編寫(xiě)PLC控制程序。小車(chē)啟動(dòng)后,檢測(cè)到小車(chē)障礙物檢測(cè)傳感器檢測(cè)(X10)檢測(cè)到小車(chē)前方無(wú)障礙物,同時(shí)小車(chē)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出

(X11、X12、X13、X14)判定小車(chē)沒(méi)有脫軌后,小車(chē)正常啟動(dòng)運(yùn)行。

小車(chē)啟動(dòng)后,PLC的DA模擬量模塊輸出0-5V的電壓,通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)器控制小車(chē)的行走。

6、AGV小車(chē)的主要應(yīng)用

AGV小車(chē)在工廠自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用,目前主要集中在兩個(gè)方面,一是物料的轉(zhuǎn)運(yùn)配送、二是輔助裝配。

物料的轉(zhuǎn)運(yùn)配送是AGV小車(chē)最常見(jiàn)的應(yīng)用方式。這類(lèi)AGV小車(chē)結(jié)構(gòu)本簡(jiǎn)單,造價(jià)低,通常只有前進(jìn)一個(gè)動(dòng)作,可以進(jìn)行圓弧旋轉(zhuǎn)。目前,這類(lèi)AGV小車(chē)主要從事兩類(lèi)工作場(chǎng)景,一類(lèi)是大批量零部件的配送,小車(chē)一次托運(yùn)多個(gè)料框,料框內(nèi)裝安順序裝好各類(lèi)零件,直接配送至裝配現(xiàn)場(chǎng)。小車(chē)到達(dá)指定地點(diǎn)是自動(dòng)將料框放下。其次就是大型零部件的轉(zhuǎn)運(yùn),小車(chē)車(chē)體上制作工裝,零部件直接放置在小車(chē)車(chē)體上實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)。另一類(lèi)應(yīng)用,主要就是輔助裝配。在汽車(chē)裝配過(guò)程,具有舉升功能的AGV小車(chē)可以方便汽車(chē)地盤(pán)下面零部件的安裝。隨著技術(shù)的進(jìn)步,AGV小車(chē)逐漸增加了新的功能,對(duì)汽車(chē)制造領(lǐng)域產(chǎn)生更深遠(yuǎn)的影響。

7、結(jié)束語(yǔ)

AGV小車(chē)在國(guó)內(nèi)制造業(yè),尤其是汽車(chē)行業(yè)、物流業(yè)應(yīng)用非常普遍,其優(yōu)越性得到了普遍認(rèn)可。隨著中國(guó)人力成本的上升,AGV小車(chē)技術(shù)的應(yīng)用必將越來(lái)越廣泛,有能力自主制造AGV小車(chē)的廠家越來(lái)越多,AGV小車(chē)制造行業(yè)也必將取得質(zhì)的的飛躍。

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AGV technology and its application in automobile manufacturing industry

Wang Junjian, Shang Xiaohui
( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co. Ltd, Shanaxi Xi’an 710200 )

Abstract:This article introduces the AGV superiority and application prospect, from the structure of AGV, control mode, drive from aspects this paper expounds the basic principle of AGV. Finally,AGV is explained in the application of steam east manufacturing.

Keywords:automated guided vehicle(AGV); controller; magnetic navigation; automobile

中圖分類(lèi)號(hào):U468.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編碼:1671-7988 (2016)05-187-04

作者簡(jiǎn)介:王軍建,就職于陜西重型汽車(chē)有限公司。

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