AGV关键技术教学课件PPT.ppt

,AGV关键技术机械设计运动控制技术导引技术驱动技术安全技术多AGV协同技术,国外发展历史1913年美国福特汽车公司开始使用有轨道的导引车辆；1954年英国首先研制出电磁导引AGV；五十年代末AGV已在欧洲推广应用；六十年代将计算机技术用于AGV系统控制与管理；七十年代AGV应用范围扩大，车型多样化，导引方式五花八门；八十年代AGV随计算机技术发展而发展。成本降低，性能先进，普及迅速，已形成新的产业；九十年代AGV进入高智能化，数字化，网络化，信息化；到目前为止，全世界已拥有AGV系统15000多个，约110000辆AGV小车；,AGV国外发展过程,七十年代北京起重运输机械研究所研制的ZDB-1型自动搬运车是较早的实用型AGV；八十年代邮电部设计研究院等单位先后开始对AGV进行研究与实践；九十年代沈阳自动化所为沈阳金杯汽车公司总装线上设计的九台AGV自动装配系统，此后又先后实施多个汽车行业项目；九十年代中期，昆船公司在引进国外最先AGV进技术的基础上，先后承担了数十个AGV系统的设计、安装。进入二十一世纪，昆船公司自主研发的AGV系统及单机系统在“国防科工委”，“云南省科技厅”等相关单位的支持下，获得了成功。目前各高校也开展了多种AGV研究。,AGV国内发展过程,AGV从它诞生之日起就被广泛地应用到了汽车行业。时至今日，世界汽车行业对AGV的需求仍占主流地位（约57%）。在我国，随着目前汽车工业的蓬勃发展，为了提高自动化水平，已有许多汽车制造厂愿将AGV技术运用到他们的装配线上。为此，国内出现了适合于汽车装配生产线及发动机装配生产线的埋线式电磁导引或磁带导引AGV系统，用于汽车总装和发动机装配，从而取代传统的地链或输送机模式。AGV系统作为汽车或发动机装配生产线的子系统，上位控制计算机可配以相应的通信模块与生产线控制系统进行通信连接。一般AGV控制系统划分为上位控制和AGV单机控制两大部分，各控制层界面清晰，控制功能明确，结构清楚,AGV在汽车行业的发展,AGV机械设计,1、根据用户的要求和现场环境的条件，首先应确定导引形式和驱动方式。2、根据AGV的车体自重及载重确定驱动电机，转向电机，执行电机的功率；如有液压系统还应确定液压电机功率。3、AGV的车架相当于汽车的底盘，是AGV机械部分的关键。车架设计及工艺的合理性将直接影响AGV的定位精度，应主要满足以下几点：车体的强度和刚度必须满足车辆承载及行走加速时的要求 应尽量降低车体重心，提高车辆的抗倾翻性能 确定车体内部主要电控元器件的安装位置 确定安全装置（挡板，障碍物探测等）的安装位置 合理安排电气布线，便于维护与保养 移载机构的安装方式和位置,AGV机械设计,4、根据不同的应用场合，AGV可配备不同的移载机构，如：推挽侧叉式，辊道式，叉车式，牵引式等；按照机构的需要可采用电动，液压等驱动方式。5、AGV在保证自身定位精度的前提下，也必须保证移载机构有足够的定位精度。通常可用限位开关，光电开关，旋转编码器等传感器件进行定位。6、需根据车体外观造型，合理布置操作面板，转向灯，急停按钮的位置。覆盖件可用不同的金属或非金属材料制成。7、为了人身和财产的安全，AGV自身的防护设施非常重要，在AGV上除非接触的光电探测外，还有急停挡板等机械措施。,AGV导引技术,直接坐标导引技术 用定位块将AGV的行驶区域分成若干坐标小区域，通过对小区域的计数实现导引，一般有光电式（将坐标小区域以两种颜色划分，通过光电器件计数）和电磁式（将坐标小区域以金属块或磁块划分，通过电磁感应器件计数）两种形式，其优点是可以实现路径的修改，导引的可靠性好，对环境无特别要求。缺点是地面测量安装复杂，工作量大，导引精度和定位精度较低，且无法满足复杂路径的要求。,AGV导引技术,电磁导引技术 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。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，对声光无干扰，制造成本较低。缺点是路径难以更改扩展，对复杂路径的局限性大。,AGV导引技术,磁条导引技术 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，其灵活性比较好，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，对磁带的机械损伤极为敏感，因此导引的可靠性受外界影响较大。,AGV导引技术,光学导引技术 在AGV的行驶路径上涂漆或粘贴色带，通过对摄像机采入的色带图象信号进行简单处理而实现导引，其灵活性比较好，地面路线设置简单易行，但对色带的污染和机械磨损十分敏感，对环境要求过高，导引可靠性较差，且很难实现精确定位。,AGV导引技术,激光导引技术 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，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。此项技术最大的优点是，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，它是目前国外许多AGV生产厂家优先采用的先进导引方式，但其核心技术还仅限于个别公司掌握，目前我国还没有此项完整的民用技术。,AGV导引技术,图象识别导引技术 对AGV行驶区域的环境进行图象识别，实现智能行驶，这是一种具有巨大潜力的导引技术，此项技术已被少数国家的军方采用，将其应用到AGV上还只停留在研究中，目前还未出现采用此类技术的实用型AGV。可以想象，图象识别技术与激光导引技术相结合将会为自动化工程提供意想不到的可能，如导引的精确性和可靠性，行驶的安全性，智能化的记忆识别等都将更加完美。,AGV导引技术,GPS（全球定位系统）导航技术 通过卫星对非固定路面系统中的控制对象进行跟踪和制导，目前此项技术还在发展和完善，通常用于室外远距离的跟踪和制导，其精度取决于卫星在空中的固定精度和数量，以及控制对象周围环境等因素。,AGV导航计算,AGV导航就是让AGV确实知道自己在哪里，即确定AGV自身在全局坐标系中的位置（x,y）和航向。如图所示，AGV以点A表示AGV在整个平面坐标系中的位置，即参考点，该位置除了x，y信息外还包含AGV行进方向与x轴的夹角信息（航向）。,AGV导航计算,AGV导航的准确信息来自地面固定的靶标（定位块或激光反射板等），称之为AGV的“实际位置”，但通常限于场地条件及定位传感器条件的限制，实际位置信息的实时性不能满足AGV运动控制的需要，为此在实际位置采样的周期内还须进行位置估算。,AGV驱动技术,按驱动形式AGV可分为3种驱动类型：单轮驱动模式（SD-Steer Driving），差速驱动模式（DD-Differential Driving）全方向驱动模式QUAD（Quad Motion）。,AGV驱动技术,单轮驱动是指用一个驱动轮兼有行走和转向功能，两个从动轮为固定脚轮，在稳定性不够时，可增加活动脚轮为辅助支撑。此种驱动方式的AGV其运动性能稍差，转弯半径较大，但导引的可靠行高。差速驱动是指AGV左右对称安装两个不带转向的驱动轮，以2个或多个活动脚轮为从动轮，依靠左右轮的差速来实现转向，差速驱动模式的AGV能够实现单轮驱动的一切功能，转弯半径小，灵活性较好，驱动轮的磨损较为严重。全方向驱动是指以多个驱动轮，均兼有行走和转向功能。,free-range navigation systems,free-range navigation systems,free-range navigation systems,AGV安全防护技术,安全防护技术的作用包括防止设备在运行中出错，也预防运行出错对人员及其运行环境设施产生的影响。安全装置的功用除了保护AGV自身安全，以及维护AGV功用的顺利完成外，还在最大可能的范围内保护人员和运行环境设施的安全。,AGV安全防护技术,整车结构及其他安全性装置1 车身车身是装配AGV其他零部件的主要支撑装置，是运动中的主要部件之一。无论是框式结构还是其他机构，考虑运行中的AGV可能会同人或者其他物体相碰撞，除了操作上的需要，车身的外表，不得有尖角和其他突起等危险部分。,AGV安全防护技术,2 障碍物接触式缓冲器为了避免碰撞产生的负面影响，确保运行环境中人和物的安全，在AGV车身上必须设置有障碍物接触式缓冲器。一般地，障碍物接触式缓冲器设置在AGV车身运行方向的前后方，缓冲器的材质具有弹性和柔软性，这样，即使产生碰撞事故，不会对与之碰撞的人和物及其自身造成大的伤害，故障解除后，能自动恢复其功能。缓冲器的宽度，在正常情况下，大于或等于车身宽度，当产生碰撞事故时，缓冲器能及时使自动搬运车停车。障碍物接触式缓冲器是一种强制停车安全装置，它产生作用的前题是与其它物体相接触，使其发生一定的变形，从而触动有关限位装置，强行使其断电停车。显然，这种机构的作用将受到路面的光滑平整度、整车及载货重量、运行速度、限位装置的灵敏度等因素的影响，其安全保护措施是终端安全保护屏障。,AGV安全防护技术,3 障碍物接近检测装置障碍物接近检测装置是障碍物接触式缓冲器作用辅助装置，在规定有效作用范围内，AGV在所有的场合对于确保安全是必不可少的，在此范围内，它将带给AGV合适的运行速度，减小惯性，缓慢停车，它是先于障碍物接触式缓冲器发生有效作用的安全装置。为了安全起见，障碍物接近检测装置最好是多级的接近检测装置。一般地，障碍物接近检测装置有两级以上的安全保护设置，如在一定距离范围内，它将使AGV降速行驶，在更近的距离范围内，它将使AGV停车，而当解除障碍物后，AGV将自动恢复正常行驶状态。障碍物接近检测装置包括激光式，超声波式，红外线式等多种类型，都有成熟的产品面市。,AGV安全防护技术,3 障碍物接近检测装置目前，可以被用于非接触障碍物探测的技术主要有4种：激光测距技术，红外技术，超声波技术及微波技术，其中激光扫描式、多探头红外光电式技术、超声波技术在AGV上的应用已经成熟，而微波技术还处于工程产品验证阶段。,AGV安全防护技术,4 自动装卸货物的执行机构的安全保护装置AGV的主要功能是解决物料的全自动搬运，除了其全自动运行功能外，还有自动装载和卸载货物的装置。如辊道式AGV的辊道，叉车式AGV的货叉等，我们把这类机构归为自动装卸货物的执行机构。执行机构为AGV上动中之动的结构，其安全保护装置为又一难点，这类结构包括机械和电气两大类。一般地在同一辆车上，机械和电气这两类保护装置都具备，互相关联，同时产生保护作用。如位置定位装置、位置限位装置、货物位置检测装置、货物形态检测装置、货物位置对中结构、机构自锁装置等结构。,AGV安全防护技术,5 警报装置为了通知AGV的运动状态和唤起周围的注意，AGV须装备多种警报装置：自动运转显示灯：AGV自动运行时，显示灯亮，AGV处于非自动运行状态时，显示灯亮灭。运行警报器：AGV在运行及移载过程中，根据不同的环境，警报装置产生相应的警报信息。前进警报器：AGV由停止状态进入运行状态时，在前进之前发出警报。后退警报器：AGV处于后退运行状态时，发出警报。异常警报器：AGV发生异常时，警示灯亮，警报器发出声音告诉人们发生了异常情况。左、右转显示灯：识别AGV的左传和右转方向，显示灯相应亮。,AGV安全防护技术,5 警报装置急停装置位于车身上便于识别、操作的位置，通过手按等简单的操作就可实现紧急停止的功能；具有系统连锁保护功能，紧急停止后，只要停止原因的安全性得不到确认，就算已解除异常，AGV也不会再次启动运行；具有手动控制功能，在异常状况下，操作人员可以通过手动操作AGV。状态监视装置：监视AGV运行状态，特别是当AGV发生异常时，能够具有了解该状态及其原因的监视功能。,AGV安全防护技术,AGV安全防护技术,充电保护装置AGV结构设计的又一难点是其动力源装置的设计。动力源的功率大小直接影响AGV的功用，而动力源的体积大小将直接影响整车的体积及外观造型。蓄电池被选作为AGV动力源。铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、镍锌蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子蓄电池等可供选用，需要考虑的因素除了功率大小、安时数多少、功率重量比、体积大小等外，最关键的因素换需考虑充电时间的长短和维护的容易性。快速充电为大电流充电，一般为专业的充电装备，其本身必须有充电限制装置和安全保护装置。充电装置在小车上的布置方式有多种，一般有地面电靴式、壁挂式等。在设计过程中，必须结合AGV的运行状况，综合考虑其在运行状态下，可能产生的短路等因素，从而考虑设置AGV的安全保护装置。,AGV安全防护技术,运行环境的安全防护措施 1、应安全行走的需要，在AGV运行路径上，考虑使用警报、标志、信号、色彩、安全杆等警示物，以确保安全。2、为了防止与人、周围设施相撞，根据需要可考虑设置相应的防撞装置。3、AGV在与站台、自动门、电梯等设施进行连动的场合，要系统地考虑方方面面的联动因素，使其运动相互协调，与AGV的运行连锁。4、要确实做到与周围装置以及相关设备的货物、情报的接受等动作相互协调，做到安全启动和连续运转。5、特殊环境，事前要对其环境条件进行核实、明确，并根据需要设定特殊的AGV运行规则。,AGV安全防护技术,运行环境的安全防护措施 6、铺设适于AGV安全行驶的路面，并在其范围内显示安全通道和安全行驶区域。行驶通道与一般通道公用的场合，确保行人与AGV行驶通道间，行人可以避让车辆的安全空间。通常情况下，AGV运行通道，尽量限制行人的进入。在交叉路口、分叉口、急转弯路口等地方，由于看不到车辆，行人可能会意想不到地与AGV相撞，因此，要在这些地方设置安全避让场所，并设置醒目标志。7、针对AGV不同的导引系统，对行驶区域周围使用的动力设备、电气配线、照明装备、空气机等发出的电磁波、光、超声波以及车轮与路面摩擦所产生的静电等干扰因素，应设置相应的安全防护措施。,多AGV协调控制系统,需求1、AGV抓取的物体太重 以致于一个AGV不能进行操作。2、AGV抓取的物体不平衡，甚至在AGV上滑动。3、AGV抓取的物体不能直接用来进行操作或者在一次操作中不能完成整个作业，而需要在AGV上转换几次。4、某些复杂的作业往往需要多AGV的配合才能完成。5、多AGV作业的工作区域总是大于单AGV作业区域。6、当其中一个AGV出了故障，另一个AGV可用来帮助或代替这个AGV。,多AGV协调控制系统,1、铰链 2、AGV 3、拉力应变片 4、连杆 5、光电编码器 6、AGV车轮,方案1：星形连接的并联机构,多AGV协调控制系统,1、系统以平面运动为主。2、系统研究的重点在于协调运动的约束关系。3、运动方式分为直线运动、大半径拐弯和原地拐弯。,方案1：星形连接的并联机构,Tn为主AGV通过连杆对从AGV的拉力，可以通过应变式传感器测得，为主从AGV之间的连杆与系统前进方向之间的夹角，可由编码器测得。fl、fr为车轮受到地面在前进方向的摩擦力。fc1、fc2为车轮受到地面在垂直于前进方向的摩擦力，它们与在T在Y方向的分力平衡。,直线运动,大半径拐弯,对于大半径拐弯的情况，此时整个系统这个刚体是瞬时绕转弯圆心这一点做转动，此时各个AGV的速度、加速度方向、大小不再一样。这样两个驱动轮固定在车架上的AGV机械机构不再满足要求，每个AGV的瞬心一定在两个驱动轮连线的延长线上。因此需要加一个舵机，舵机上加一个光电编码器，检测两个平行的驱动轮相对AGV的转角,原地拐弯,1、容易实现协调程度要求较高的同步。2、各个分AGV是分别独立的，误差不会累积。3、系统中AGV个数不受限制。4、转弯方式灵活，可以实现原地转弯。5、容易实现分布式集散控制策略。6、主AGV受力多，动力学分析较复杂。7、主AGV信息处理任务过重，容易产生计算上的瓶颈。,星形连接的并联机构的特点,1、AGV车轮 2、AGV 3、连杆4、拉力应变片 5、光电编码器,方案2：环形连接的并联机构,1、系统假定地面是平的，因此只需要考虑平面内的两个自由度动力学和运动学分析。2、系统中的各个AGV没有固定的基准，只能得到相对相邻两个AGV的受力和位置，只能以受力最小和位置偏差绝对变化量最小为目标进行协同控制。3、3、对于这种分散系统，虽然灵活性很好，但是实现同步比较困难，相互之间的握手协议需要较高的要求。,环形连接的并联机构的特点,多AGV协调控制系统,单个AGV研究内容1、单个AGV路径规划和障碍回避。2、运动学和动力学模型。3、运动控制策略。4、传感器信息溶合。5、人工智能的应用。,多AGV协调控制系统,多AGV研究内容1、多AGV问的通讯问题。2、多AGV问的同步。3、异步操作以及机器人协调作业的基准时钟，该问题解决不好，累积误差将导致协调失败。4、多AGV坐标标定问题。5、鲁棒控制系统。6、系统承载的零件空间姿态调整。,思考题AGV常用的导引方式。AGV常用的安全防护技术。AGV三种的驱动形式。,