AGV基础知识介绍

AGV基础知识介绍Page 2ONTENTS目录C一、AGV基本介绍二、AGV基本结构三、AGV控制系统四、AGV调度系统五、AGV充电系统Page 3一、AGV基本介绍1.AGV的基本概念 AGV是自动导引运输车(AutomatedGuidedVehicle)的英文缩写。是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，AGV是轮式移动机器人(WMR一一WheelMobileRobot)的特殊应用。AGV是一种以电池为动力，装有非接触导引(导引)装置的无人驾驶车辆。它的主要功能表现为能在计算机监控下，按路径规划和作业要求，精确地行走并停靠到指定地点，完成一系列作业功能。AGV可广泛应用于机械、电子、化工、冶金、邮电、汽车、机场、码头、造纸、烟草、家电、医药、食品、商业、银行、出版印刷、国防等行业。Page 4lAGV自动导引运输车是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移栽功能的运输车l在计算机监控下，按路径规划和作业要求，精确地行走并停靠到指定地点，完成一系列作业功能l通过与WMS、MES结合，AGV实现仓储的自动化搬运管理，货位柔性动态分配；拣选由“人到货”变为“货到人”提高工作效率，降低劳动强度l在工业4.0背景下，通过引进AGV动态物流系统、改变现有人工分拣、人工搬运模式，可有效实现分拣中心物流自动化AGV概念AGV功能2.AGV定义自动搬运分拣模式系统趋势Page 5二、AGV的基本结构l车载控制器、导航模块、电池模块、障碍物探测模块、报警模块、充电模块、通讯模块、行驶机构l响应上位控制系统指令，在工作区域内行走、停止、移动搬运货架或其他负载l控制系统软件l通过WIFI或其他传输链路，控制AGV动作。主要控制功能包括：地图管理、路径导航导航、路径规划、AGV导引控制、自主充电控制、交通管理、任务分配、报警信息管理等。硬件（AGV）软件（AGV）Page 6AGV机械系统动力系统控制系统安全装置移栽装置转向装置车轮车体行走电机移栽电机电池组和充电装置信息传输与处理装置驱动控制装置转向控制装置移栽控制装置安全控制装置1.AGV硬件结构Page 72.典型AGV的单机结构Page 8AGV按导引方式按驱动方式按移栽方式视觉导引激光导引惯性导引磁带导引电磁导引3.AGV的主要类型单轮驱动差速驱动全方位驱动叉车式辊道式牵引式驮举式拣选式机器人式Page 94.AGV的主要导引方式介绍激光导引电磁导引磁条导引惯性导引视觉导引Page 10电磁导引是较为传统的导引方式之一，目前仍被许多系统采用，它是在AGV的行驶路径上埋设金属线，并在金属线加载导引频率，通过对导引频率的识别来实现AGV的导引。电磁导引主要优点是引线隐蔽，不容易污染和破坏，导引原理简单而可靠，便于控制和通讯，对声光无干扰，制造成本较低4.1电磁导引Page 11电磁导引原理1.电磁感应器主要是由两个感应线圈组成的，可同时采入导引线的感应信号。2.通过比较两个线圈中信号的强弱，便能得到电磁感应传感器的偏移量，通过一定的导引计算后就可实现AGV的电磁导引。Page 12磁带导引技术与电磁导引相近，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磁带导引灵活性比较好，改变或扩充路径比较容易，磁带铺设也相对简单，但此导引方式易受环路周围金属物质的干扰，由于磁带外露，易被污染难以避免机械损伤，因此导引的可靠性受外界因素影响较大，适合环境条件较好，地面无金属物质干扰的场合。4.2磁带导引Page 13磁导航传感器探测点示意图磁导航传感器原理示意图Page 14惯性导引是在AGV上安装陀螺仪，在行驶区域的地面上安装定位块，AGV可通过对陀螺仪偏差信号与行走距离编码器的综合计算，及地面定位块信号的比较校正来正确定自身的位置和方向，从而实现导引。此项技术在航天和军事上较早运用，其主要优点是技术先进，定位准确性高，灵活性强，便于组合和兼容，适用领域广。4.3惯性导引Page 15激光导引有两种模式：一种是在AGV行驶路径的周围安装位置精确的激光发射板，AGV通过发射激光束，同时采集由反射板反射的激光束，来确定其当前的位置和方向，并通过连续的三角几何运算来实现AGV的导引。另一种是自然导引，自然导引是通过激光测距结合SLAM算法建立小车的整套行驶路径地图，不需要任何的辅助材料，柔性化程度更高，适用于全局部署！4.4激光导引Page 16激光头u探测反光板u测定角度和距离反光板u安装在墙上或设备上u扁平或圆形激光导航传感器和反光板Page 17激光导引最大的优点是AGV定位精确，地面无需其他定位设施，行驶路径可灵活多变，能够适合多种现场环境，是目前许多AGV生产厂家优先采用的先进导引方式。技术在航天和军事上较早运用，其主要优点是技术先进，定位准确性高，灵活性强激光导航的缺点：制造成本高，对环境要求较相对较高（外界光线，地面要求，能见度要求等）。激光导引的应用叉车AGVPage 18视觉导引有两种：一种是利用摄像头实时采集行驶路径周围环境的图像信息，并与已建立的运行路径周围环境图像数据库中的信息进行比较，实现对AGV的控制；另一种是基于二维码的图像识别方法，利用摄像头扫描地面二维码，通过扫码定位技术实现路径导航。4.5视觉导引Page 19SLAM指的是机器人在自身位置不确定的条件下,在完全未知环境中创建地图,同时利用地图进行自主定位和导航。SLAM问题可以描述为:机器人在未知环境中从一个未知位置开始移动,在移动过程中根据位置估计和传感器数据进行自身定位,同时建造增量式地图。4.6关于SLAM的认识Page 20定位(localization):机器人必须知道自己在环境中位置。建图(mapping):机器人必须记录环境中特征的位置（如果知道自己的位置）SLAM：机器人在定位的同时建立环境地图其基本原理是运过概率统计的方法，通过多特征匹配来达到定位和减少定位误差的。Sk：传感器测量一致性检查，局部估测模型Mk-1定位创建地图RkMkSk表示传感器测试获取数据，Mk-1表示第K-1时刻的局部地图，Rk表示K时刻机器人的位姿。SLAM的基本过程Page 21IAGV(南江机器人）SLAM导引的应用Page 225.AGV的驱动方式介绍5.1单轮驱动舵机模组舵机模组应用于叉车AGVPage 235.2差速驱动差速驱动模组背负式AGVPage 24麦克纳姆轮：这种全方位移动方式是基于一个有许多位于机轮周边的轮轴的中心轮的原理上，这些成角度的周边轮轴把一部分的机轮转向力转化到一个机轮法向力上面。5.3全方位驱动麦克纳姆轮Page 25依靠各自机轮的方向和速度，这些力的最终合成在任何要求的方向上产生一个合力矢量从而保证了这个平台在最终的合力矢量的方向上能自由地移动，而不改变机轮自身的方向。在它的轮缘上斜向分布着许多小滚子，故轮子可以横向滑移。小滚子的母线很特殊，当轮子绕着固定的轮心轴转动时，各个小滚子的包络线为圆柱面，所以该轮能够连续地向前滚动。麦克纳姆轮结构紧凑，运动灵活，是很成功的一种全方位轮。有4个这种新型轮子进行组合，可以更灵活方便的实现全方位移动功能。麦克纳姆轮的原理Page 26麦克纳姆轮的应用Page 276.AGV的移栽方式介绍叉车式辊道式牵引式驮举式拣选式机器人式Page 28三、AGV的控制系统磁导航AGV控制系统原理：车载控制系统通过对磁导航传感器、RFID地标传感器、漫反射式红外检测传感器、碰撞胶条、面板控制按钮等信号的采集，经过编写好的算法程序计算处理，控制驱动单元、装卸机构、显示屏等执行机构，实现AGV的导航控制、导引控制、装卸控制。磁导航介绍1.1磁导航AGV控制系统1.AGV控制系统Page 29驱动系统动力系统操作面板安全感应系统RFID、地标传感器 1.2磁导航AGV系统构架AGV小车系统构架Page 30 1.3.站点号自动识别（RFID）RFID系统是一种具有广泛应用前景的自动识别系统。基本的射频识别系统由RFID电子标签（Tag或者Transponder）和RFID读写器构成，电子标签的存储容量高达32Kbits。根据射频工作的频段和应用场合的不同，RFID能够识别从几厘米到几十米范围内的电子标签，并且能在运动中实时读取。采用在AGV路径旁放置非接触射频卡，由车载射频卡读卡器实时读取射频卡中存储的加减速、路径编号、工位编号、仓库编号、等待时间等大量信息，能够很好地解决视觉识别标识特征所带来的实时性、多义性问题。Page 31在无人运输车（AGV）头部下方安装一个RFID读卡器，与AGV控制系统对接，然后在轨道节点处安装一个电子标签，并赋予每个节点上的电子标签一个ID号和定义，比如节点A处代表AGV要拐弯，用ID号00001表示，一旦运输车在经过A处时，RFID读卡系统会读取A处的电子标签ID号，并根据ID号的特定指令做出相对应的拐弯动作，从而实现AGV调度系统功能、站点定位功能。如图：RFID现场应用Page 32AGV的安全系统既要实现对AGV的保护，又要实现对人，或对其它地面设备的保护。其安全保护方法可归纳为两类:接触式和非接触式两种保护系统。2.1.接触式 避障系统 AGV小车避障系统2.AGV的安全系统Page 33一般的红外测距都是采用三角测距的原理。红外发射器按照一定角度发射红外光束，遇到物体之后，光会反向回来，检测到反射光之后，通过结构上的几何三角关系，就可以计算出物体距离Da.红外红外线角度测距原理2.2非接触式 避障系统 目前常见的主要有视觉传感器、激光传感器、红外传感器、超声波传感器等Page 34b.激光激光测距传感器利用激光来测量到被测物体的距离或者被测物体的位移等参数。比较常用的测距方法是由脉冲激光器发出持续时间极短的脉冲激光，经过待测距离后射到被测目标，回波返回，由光电探测器接收。根据主波信号和回波信号之间的间隔，即激光脉冲从激光器到被测目标之间的往返时间，就可以算出待测目标的距离。由于光速很快，使得在测小距离时光束往返时间极短，因此这种方法不适合测量精度要求很高的（亚毫米级别）距离，一般若要求精度非常高，常用三角法、相位法等方法测量。激光相位差测距原理示意图Page 35机械防撞机构 采用激光障碍物传感器（检测范围0180度，检测距离03m可调）和雷达扫描仪组成安全防护装置，确保运行安全。0.20.5米范围内检测到障碍物体刹车停止。当检测到 障碍物进入安全警示区域时AGV减速运行并提出警示声；当检测到障碍物进入危险区域时AGV自动停车，障碍物移走后自动恢复运行。AGV小车前面设有接触式传感器保险杠。当保险杠与障碍物发生碰撞，AGV会停车保护，障碍物移走后AGV自动恢复运行。AGV小车具有离线保护、偏离轨道自动纠正功能。2.3AGV的安全系统应用Page 36激光导航AGV控制系统4.激光导航控制系统Page 37激光引导AGV控制系统简介AGV的控制系统主要可分为两部分：地面控制系统和车载控制系统。1.地面控制系统即地面固定设备，主要负责任务的分配，车辆调度，交通管理，电池充电等功能。2.车载控制系统即车载移动设备，在收到上位系统的指令后，负责AGV的引导，路径选择，小车行走，装卸操作等系统结构示意图如下：Page 38外界系统自动充电站地面控制系统车载控制系统交换机无线AP无线AP激光导航仪激光防撞主控计算机监控计算机反射板I/O设备移栽装置工控机PLC手动控制器行走电机转角电机行走控制器转角控制器AGV系统结构示意图Page 39AGV系统运行模式地面控制系统图形监控上位控制计算机外围IO设备AGVPage 40a)AGV地面控制系统接受上位控制计算机发出的任务启动命令后，启动相应的物料搬运任务。b)车辆管理根据AGV的任务执行情况调度AGV执行任务，并通过无线电将命令发送到AGV。c)AGV随时报告车辆位置、状态信息及任务执行信息。d)交通管理根据各AGV的位置，确认每一辆AGV下一步应该走的路径。e)任务管理根据AGV任务执行信息报告上位控制计算机。f)地面控制系统在必要时使用输入输出模块控制外围设备，如通过数字IO模块启动或停止充电站。g)地面控制系统把各种AGV系统的运行状态发送给图形监控系统，图形监控系统使用这些运行状态构建各种监控界面，供系统维护人员监控系统。AGV系统运行模式Page 411.系统架构服务层采集层四、AGV的调度系统网络层调度系统数据服务器ERP或MES交换机无线网络AGV调度系统接口程序通过局域网或控制现场AGV同时，调度系统能够提供接（OPC等）上传数据至ERP或MES。Page 42AGV调度系统地图任务系统管理车辆定位行驶路径规划充电位置调度任务交通管制小车控制路径规划用户信息管理实时设备状态权限管理通讯管理MES或ERP接口2.软件系统架构Page 431.AGV调度任务AGV任务调度，就是与AGV进行通信，从空闲AGV中选择一台，并指导AGV按照一定的路线完成运输的功能。2.实时路径规划实时路径规划就是根据选中AGV所在的位置，以及目标站点位置，对AGV进行进路线进行最优回话，并指导AGV按照规划该路线进行，以完成运输功能。3.系统功能Page 443.交通管制在某些特定区域，由于空间原因或工艺要求，同时只能有一辆AGV通过，或者两辆AGV不能对头行驶，则需要调度系统对AGV进行管理，指导某一AGV优先通过，其他AGV再按照一定的次序一次通过，这个过程就叫交通管制4.现场设备信号采集与动作控制客户现场有些设备需要与AGV进行物理对接，实现物料的自动卸车，在此情况下，必须通过调度系统采集现场设备的运行状态信息，并且在某些时候需要发送信号控制现场设备的动作Page 455.MES或ERP接口调度系统任务信息可能来自于MES或ERP系统，同时也有义务向MES或ERP汇报任务执行结果状态查询任务查询任务下达任务修改或取消任务情况汇报Page 465.1状态查询传感器状态（因障碍物减速等）当前运行速度运行状态（待命、启动、停车等）扩展输入输出端口状态对接机构状态当前运行方向当前电池电压AGV当前站点Page 47任务类型（特定AGV任务、随机任务、长时间任务、充电任务等）任务详情（起始工位、目标工位、产品类型、产品数量等）任务标识任务起止时间任务执行状态（正在执行、已经执行完毕、正在等待执行、取消执行等）任务优先级MES或ERP查询调度系统中当前正在执行或排队等待执行的任务信息5.2任务查询Page 48任务类型（特定AGV任务、随机任务、长时间任务、充电任务等）MES或ERP向调度系统下达任务信息，调度系统向MES或ERP返回任务标识任务详情（起始工位、目标工位、产品类型、产品数量等）任务优先级其它信息5.3任务下达Page 49只要一个任务尚未开始执行，MES或ERP就可以通过修改或取消任务接口对任务进行操作。当AGV成功完成一项任务或者由于某些特殊原因导致AGV无法完成某项任务时，调度系统向MES或ERP报告任务执行结果。5.4任务修改或取消5.5任务情况汇报Page 506.现场呼叫接口响应现场某些设备信号作为呼叫信息，或者响应现场人工按钮动作为为呼叫信息。调度系统与现场呼叫信息均通过协议进行通信7.设备工况监控对AGV的运行状态及任务信息等进行监控，以图形化的界面对AGV行进路线与位置信息进行显示（这部分可以考虑使用组态软件）。任务信息历史、AGV工作状态日志查询等功能（这部分可以考虑使用Web页面方式）。Page 51企业ERPIWMSRCS智能系统订单执行优化存储布局优化任务调度优化群机器人规划智能系统订单执行优化存储布局优化任务调度优化群机器人规划订单推送任务分解调度指令4.系统应用方向智能仓储Page 52远距离搬运分拣收货跨楼层搬运入库出库智能仓储Page 53智能机器人仓储系统的优点适用于多品种、小订单分拣需求的仓储作业环境、电商分拣中心、物流仓库、制造业原料仓库、3C制造业、烟草、医疗、服务、服装、食品、汽车制造等行业该系统以“货到人”的理念为核心，将仓库分为“无人区”与“工作区”两大区域。入库与出库员工只需在工作台操作终端就可以实现物料的准确入库与出库。可实现仓储作业的单据和数据全过程监控，并提供仓储作业工作和效率的统计分析。Page 54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使用镍铬电池作为供电电源，通过自带的电量表检查并显示剩余电量。当电量不足时，AGV向控制台申请充电，并自动行驶到固定的充电位置。地面设置有充电连接器，AGV上装有车载充电连接器。AGV行驶到位后，两个连接器滑动接触，实现AGV自动充电。当没有AGV到达时，地面充电连接器不带电。在线充电需要根据生产工艺路线，规划充电站点的位置并进行相应的地面布线施工。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。充电电池铅酸电池镍镉电池镍氢电池锂离子电池：碳酸锂、磷酸铁锂五、AGV充电系统Page 55车载充电连接器参考图地面充电连接器参考图充电站谢谢观看!THANKS!地址：陕西省西安市长安区航天中路388号电话：029-81566686传真：029-81566685ADD:No.388 Middle Aerospace Rd.,Changan Dist.,Xian,ChinaTEL:+86-29-81566686FAX:+86-29-