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無人搬運車 AGV 知識與應用技術 NWInG自動化技委會應知應會教材 版次 Rev A製作日期 2008 07 01適用期限 2008 12 30 前言 課程對象 自動化職系相關人員上課時間 共3Hr課程特色 圖文式教學 隨著現代生產向少人化 無人化發展 采用AGV進行自動搬運已成一種發展方向 為增加人員對AGV的基本認識及應用了解 故開設此課程 課程目標 本課程的目標是對現代工廠生產中自動物流之重要組成部分AGV的構成及特點 介紹其基本原理以及導入要點 使學員對AGV應用有更進一步的了解 在本次課程中 你將學習到 AGV的系統構成AGV的導入要點AGV應用 大綱 1AGV系統構成2AGV導入3自製AGV應用階段4寶科應用案例介紹5AGV在應用中的問題點 一AGV系統構成 1 1AGV驅動器基本構造 1 2AGV運動方式 1 3AGV引導方式 1 4AGV通訊控制 1 1AGV驅動器基本構造 行走路線sensor 驅動輪 驅動馬達 轉向馬達 內部控制單元 矢崎YAZAKI Automaticguidedvehicle AGV 1 2 1AGV運動方式 AGV的應用方式有shuttle和loop兩種 站點 站點 Shuttle方式 站點 站點 loop方式 AGV AGV 1 2 2AGV驅動器形式 Shuttle loop 1 3AGV引導方式 目前采用方式 1 4AGV控制 a 前進型AGV電控設計 前進型驅動器的外部控制 主要利用pin5 12的輸出接點 對外部控制器而言 及pin13 20的輸入接點 利用pin12與0V短路 可切換標準模式或7速設定模式 這兩種模式選擇由主板上的DIPSW1決定 兩種模式都可以起動 停止及轉向控制 詳情請參閱技術手冊 站點的停止精度 站點的停止位置有S極命令磁條 AGV為提高使用效率 一般以高速行進 但為提高停止的精度 所以在停止位的前方有N極命令磁條作為減速用 這兩個訊號可由pin13 S極 及pin18 N極 取得 目標站點的確定 因為AGV通過每個站時 都有S極的訊號 也有N極的訊號做比對 而且AGV控制器知道整個路徑的點位關係 所以可以知道走到那裏了 即使像是右下圖的雙迴路 在AGV出發前已知是前往路徑甲或是路徑乙 所以在叉路前可控制轉向 所以之後的N極S極感應也知道是P1或P3了 應該還有其他的想法及作法來確定AGV的所在位置 如每一個站點有一個Sensor拉到AGVS AGV到站時可確認 但應用S極及N極信號是比較直接且經濟的 矢崎FH A系列 CNG接頭 26pin牛角 路徑甲 AGV 路徑乙 HomeStation N極 S極 N極 S極 N極 S極 N極 S極 N極 S極 P1 P2 P3 P4 b 往復型AGV電控設計 往復型驅動器的外部控制 主要利用pin1 9的輸出接點 對外部控制器而言 及pin10 18的輸入接點 利用pin9與0V短路 可切換標準模式或7速設定模式 這兩種模式選擇由主板上的DIPSW1決定 兩種模式都可以起動 停止及轉向控制 詳情請參閱技術手冊 站點的停止精度 站點的停止位置有S極命令磁條 AGV為提高使用效率 一般以高速行進 左表並無N極的直接感應信號 可以由pin12及13取得 目標站點的確定 因為往復式驅動器有二組馬達 前進與後退各用一組 而且GuideSensor是4組 所以控制磁條的貼附及程式都比較複雜 例如去目標站點與回原始站點所計數的磁條不同 要看佈置情況 有時去與回的計數相同 有時則會不同 GuideSensorA 1 前進時應用 GuideSensorB 1 後退時應用 矢崎FH B系列 CND1接頭 25pinDSub 二AGV導入 2 1導入方式比較 2 3導航線施工 2 4AGV車架 2 2規格的選定 2 6備品 2 5AGV店面 2 1導入方式比較 AGV三種導入方式比較 1 系統商AGV照片 較為美觀 2 購DriveUnit及配件 自行組裝的AGV照片 僅以功能為考量 方式一報價方式二報價 方式一 方式二 方式三 2 2驅動器的選定 行進類型確定 shuttle方式 loop方式 誘導方式確定 磁導或光導 STEP1 STEP2 負載能力確定 STEP3 行進速度確定 STEP4 STEP5 確定驅動單元型號 矢崎驅動器型號 行進方式確定 其他AGV組件 標准件一覽 2 3導航線施工 1操作步驟 2 3 1一般磁條鋪設施工 1 磁條鋪設地面的清潔整理 用拖把將准備鋪設的地面清潔一次 確保路面無水無油和異物 2 磁條的清潔整理 如磁條表面有灰塵或細小鐵屑 用抹布清理 如有污垢 則用酒精清除 用抹布抹干 3 鋪設導航磁條 1輕輕撕掉磁帶的保護紙并將其輕壓貼在預定路線上如圖注意接頭處不要重疊或有間隙 重疊 間隙 間隙 使磁性間斷出現AGV突然停止現象 重疊 使磁性增強 AGV感知器會引導小車出軌然后突然停止 4 用保護膜覆蓋在磁條上進行磁條的保護 保護膜的規格為80mm寬 顏色為自定義或黃色 重要的是需要和現有的走道標示顏色相區分 目前ICS DI 特包均采用黃色 MH采用的是斑馬膠 保護膜建議貼兩層 80mm 2 3 2磁條鋪設注意事項 1 選擇路線的地面凹凸應在10mm以內 2 如路線中有坡度 則須遵循如下規則 運載370kg時坡度小于3度 根據FH A50034 3 為防止打滑 路面上不得有水或油 少量的可以用抹布清除 4 在跑道上如有磁性体 因磁性体的影響磁力分布會變化 會引起指令傳感器的檢測而出現誤動作 應撤去磁性体 5 每鋪設8 10m磁條 即用保護膜保護 保護膜左右對稱的覆蓋在磁條上 邊覆蓋邊用抹布抹平 磁條和保護膜之間不能有氣泡 氣縫 氣泡和氣孔會造成保護膜破損 繼而創口擴大 導致磁條磨損 6 如不能滿足上述條件 則需更改線路 2 3 3命令磁條鋪設 1命令磁條使用場合及規范 1 中速在曲線路段及路面差的地方搬運 行車速度不穩定的情況下使用 2 低速在接近停止位置的時候使用 3 停止位置應水平 停止位置一傾斜 會發生因負荷過重而自行行車 所以必須得確保水平狀態 4 如AGV有自動速度調節功能 轉彎處和停止磁條前方可不貼減速命令磁條 5 兩命令磁條最近距離800mm以上 6 命令磁條的規格如后所示 2命令磁條的定義 速度切換命令磁條規格 最小距離 800mm 停止命令磁條規格 右轉命令磁條規格 要求旋轉半徑 600mm 2 4 AGV車架 AGV車架設計 可以按照具體使用情況進行設計 然后在底部裝上驅動器便可以開始工作 因此車架設計就顯得相當靈活以下介紹几種實際應用中AGV車架的情況 驅動器 電池存放處 工件 2 4 1一體式車架 物料車架固定在小車上 車架按料號進行分區便于存放和識別物料 2 4 2可換車架 可換車架 牽引車頭 驅動器 電池存放處 物料車架可象火車箱一樣進行替換 提高了AGV的稼動率 2 4 3自動卸載車架 驅動器 電池存放處 往復式 滾筒 在車架上裝上滾筒和電機便可以和其他載具進行自動物流交換 2 5 AGV店面 AGV店面設計 可以按照具體使用情況進行設計 或手動卸貨或自動卸貨以下介紹几種AGV店面的情況 2 5 1AGV自動卸載店面設計范例 1 2 5 2AGV自動卸載店面設計范例 2 滿箱 AGV到站 AGV滾桶電機啟動 AGV出站 店面汽缸動作 空箱進入AGV 滿箱進入店面 空箱 AGV店面 汽缸 2 5 3AGV自動卸載店面設計范例 3 AGV店面 空箱 AGV到站 AGV滾桶電機啟動 AGV出站 滿箱 機械臂伸出 空箱進入AGV 滿箱進入店面 2 6備品 三自製AGV應用階段 3 1階段一 固定循環 3 4階段四 派工系統 3 2階段二 呼叫到站 3 3階段三 自動載卸 3 1階段一 固定循環 以1 DriveUnit 驅動器 2 框架 3 電池 4 磁帶的組合方式就可建構AGV AutomaticGuidedVehicle 無人搬運車 系統 如下圖 沿著磁帶貼付的軌道路線行走 也利用貼付於軌道旁的磁帶 後文稱為命令磁條 及起動開關 STARTSW 來控制起動 停止 速度變化及轉向 安全設計上有Bumper 機械接觸方式 及障礙物Sensor 光感測方式 二種 都可強制AGV停止 Bumper的停止需按下起動開關再走行 障礙物感應的停止則在障礙物移開後AGV自動再走行 也可以利用這個特性作為現場停止點的管控 1 DriveUnit 驅動器 3 電池 2 框架 4 磁帶 礙障物SensorBumper DriveUnit 驅動器 AGVMainBoard 主控制板能解讀磁帶命令及控制馬達引導及命令Sensor 感測走行軌道及命令磁條訊號走行馬達 提供機構向前進的動力轉向馬達 提供機構左右轉的動力BumperSensor 安全裝置 碰到時AGV停止 障礙物Sensor 安全裝置 感應時AGV停止 START開關 啟動AGV行進 音樂盒 AGV行走時播放 提示行人注意 行走燈號 AGV行走時閃爍 提示行人注意 速度設定器 設定行走速度及顯示 電池 AGV的動力來源 磁帶 AGV行走的軌道及方向速度控制 AGVMainBoard 走行馬達 轉向馬達 BumperSensor 障礙物sensor 引導及命令Sensor 音樂盒 電池 STARTSW 行走燈號 速度設定器 N極 S極 階段一AGV 命令磁帶 路徑磁帶 驅動器 3 1階段一AGV組成 驅動器圖示 矢崎YAZAKI 電池插頭 引導及命令Sensor 走行馬達 轉向馬達 走行輪 走行輪B 走行輪A 引導及命令SensorA2 引導及命令SensorB2 引導及命令SensorB1 前進型 前後進一体型 往復型 3 1階段一控制方式 軌道引導 AGV驅動器組成如右圖 有走行馬達及轉向馬達可帶動前進及控制方向 利用引導及命令Sensor感測磁帶軌道上的偏移度 以調整轉向馬達的左右偏向控制 使整組機構沿著軌道磁帶而行進 起動停止 引導及命令Sensor感應S極命令磁條時自動停止 停止後 可設定時間自行起動或由START開關按下起動 參閱左下表 速度控制 引導及命令Sensor感應命令磁條之N極或N極 S極順序 就可進行速度控制 參閱左下表 叉路選擇 引導及命令Sensor感應命令磁條之N極 N極順序 就可向右轉向 無命令則固定向左轉向 參閱左下表及右下圖示 轉向說明 AGVMainBoard 走行馬達 轉向馬達 引導及命令Sensor 軌道磁帶 引導及命令Sensor位於AGV驅動器前端 可感應軌道方向及命令 命令磁條 AGV 3 2階段二 呼叫到站 AGV的應用是在限定區域內對許多停靠站之間的傳送 階段一的AGV固定循環 像是火車一樣 每一站都要停靠 不管這一站有沒有人或貨物要上車 雖然可以設定在這個站點停幾秒再起動 也可以設定為起動按鍵被按了才續繼走 但是 一定要停下來 而且路徑是固定的 不能以當時需求自動調整 假設有像左下圖的應用場合 有時要走路徑甲 有時要走路徑乙 單純階段一的設計方式是做不到的 因為AGV無法在總站發車時才決定走那一條 一個解決的方法如右下圖 利用右轉命令磁條 N N 貼付於可移動的薄板上 薄板由小氣缸控制以決定命令Sensor之感應不同以改變方向 另一種應用場合是 同路徑上的的站點中 每次只有一個要上 下貨 如左下圖中 假設只有P13有載卸需求 但AGV走到P11 P12 P14 P15與此次任務不相關的站點時 也要停下來等 每一站點都有停的可能 即使沒有效率 AGV也只能每一站點都停 甚至 無貨可載時也要空走一趟 階段二的設計可改善這兩種情況 AGV比較像計程車 只有接受到了確定的停靠站資訊 系統才會發車前往載貨 而且能快速通過不相關的停靠站 也可以依需求決定路徑甲或路徑乙 路徑甲 AGV 路徑乙 總站 P0 P21 P22 P23 P24 P25 P11 P12 P13 P14 P15 拖車 路徑甲 路徑乙 總站 P0 小氣缸控制命令磁條的位置 感應時 AGV右轉走路徑甲 未感應 AGV直行走路徑乙 3 2階段二AGV系統組成 階段二AGV的組成 除了階段一AGV外 需再加上 1 站點的按鍵及燈號 讓AGVS知道叫車需求2 AGVS 確認總站及各站點進出情況及AGV行車情況並下派工命令給AGV3 無線通訊模組 AGVS AGV派工命令及行車狀況回報4 AGV外部控制 超越階段一AGV的走行控制 3 2階段二系統組成說明 1 停靠站的叫車需求如何做 最直接的想法當然是在站點裝一個按鍵開關 而且也附帶一個燈號 讓叫車者知道系統有把需求列入行車表中 如果停靠站是一個機台店面而且配有工控機能連網 當然也可以直接把需求做到介面程式的畫面中即可 2 誰來接這個需求並把它轉給AGV 或者 AGV本身能不能直接處理這個需求 未來如果無線通訊應用普遍了 類似華南檢測的CMC171 每個站點都有Node可以發出無線的需求 AGV直接接收 是有這個可能 目前的作法就是要用一套系統AGVS AGVSystem PLC或PC 接收停靠站的按鍵需求並下行車命令給AGV 告知去何處 也接收AGV的狀況回報 3 AGV在現場走來走去 要和AGVS溝通 用無線通訊的方式是必要的 AGV經由無線通訊了解派工命令 知道到那個站點去載貨卸貨 4 AGV怎麼走到目的站點 一個簡單的方式是利用佈在行走路徑旁的命令磁條 每一個站點位置都要一個停止磁條及一個減速磁條 高速急停的定位不好 AGVS告知到第幾個停止磁條位置 AGV邊走邊算便可到達 經過不相關的站點當然是快速通過 目的地前再減速即可 3 2 1 1 站點叫車需求 轉接盒 設備 設備 BOX1B BOX1A BOX2B BOX3B P1 P2 P3 P4 BOX8B BOX8A P8 P7 P6 P5 3 無線通訊 Lifter 4 AGV 輸出入 開關及燈號 配線 接到每一個操作盒 HS HomeStation P0 總站 BOX4B BOX4A BOX5B BOX5A BOX3A BOX6B BOX6A BOX2A BOX7B BOX7A 右方示意圖中 設備以3台為一組 配置一個站點操作盒 附有按鍵開關及燈號 開關及燈號的輸入輸出信號都要拉線到AGVS的I O的接點上 以後拉生產方式為例 下製程的需求作業方式 按下操作盒的開關 AGVS得知後 驅動操作盒上的燈號亮起 讓需求者知物料已在安排中 也可以用閃爍方式告知正在派車送達中 以後拉生產方式為例 上製程的供應作業方式 當載具內的產品已完成 作業人員即應按下操作盒的開關 通知AGVS已有一箱產品在此機台店面待令 AGVS得知後也驅動操作盒上的燈號亮起 告知站點AGVS已排入等待 也可以用閃爍方式告知正在派車取貨中 當AGV抵達站點 且運輸作業完成 燈號熄滅 AGV即返回總站進行物料交換 1 軌道磁帶 3 無線通訊 2 AGVS 3 2 1 2 站點叫車需求 工控機 設備 設備 P1 P2 P3 P4 P8 P7 P6 P5 3 無線通訊 Lifter 4 AGV 由工控機畫面處理叫車需求及派車狀況顯示 HS HomeStation P0 總站 右方示意圖中 設備以3台為一組 配置一台店面工控機 而且全部工控機都連網 叫車需求及派車狀況都在觸控螢幕上處理 工控機透過網路把需求送到AGVS AGVS也透過網路把派工行車狀況送到工控機的畫面上 這個架構比按鍵及燈號的轉接盒投資更大 但工控機可以接條碼掃瞄槍進行物料管理 也可以與設備控制器連線取得設備資訊及製程資訊進行設備及品質管理 3 無線通訊 1 軌道磁帶 控制架構 AGVS 1店面工控機 N店面工控機 Ethernet AGV 1 2 3 4 2 AGVS 3 2 2 1 AGVS PLC AGVS的設計與叫車需求方式及無線通訊方式相關 如果用PLC來連接站點轉接盒的開關及燈號 又用PC來應用WiFi的AP無線通訊與AGV溝通 AGVS設計會如右上圖所示 系統看來比較複雜 但PLC有輸出入的穩定性及擴充性 PC有人機介面彈性及網路化 有線及無線 的優勢 一種AGVS的簡化方式是選用可以與PLCDIO連接的無線通訊模組 這樣PC可省略掉 只用PLC即可 如右下圖2乙所示 缺點是AGVS控制2台以上AGV的場合便不合適 3 無線通訊 4 AGV 2甲 AGVS 1 叫車需求 轉接盒 3 無線通訊 2乙 AGVS 1 叫車需求 轉接盒 簡化 3 2 2 2 AGVS PC 另一種AGVS的簡化方式是只用PC 如果叫車需求還是用轉接盒的方式 PC要處理現場輸出及輸入 利用RS232C轉RS485的模組應用是比較簡易的方式 請參右下圖2丙所示 如果叫車需求已經是用工控機網路溝通的方式 更適合用PC來做為AGVS 如下圖2丁所示 3 無線通訊 4 AGV 2丙 AGVS 1 叫車需求 轉接盒 2丁 AGVS 1 叫車需求 工控機 RS485模組 2甲 AGVS 1 叫車需求 轉接盒 簡化 簡化 3 2 3 無線通訊技術 IEEE802 11b g WiFi 無線Internet佈建 筆記型電腦 支援TCP IP Ethernet等 使用2 4GHz 802 11b 11Mbps 802 11g 54Mbps 1Mbps傳輸距離可達570公尺 IEEE802 15 4 ZigBee 家電 電腦 感測器 遊戲和玩具 2 4GHz 868MHz 歐洲 以及915MHz 美國 傳輸距離規格值75米 傳輸速率介於20kbps 250kbps之間 低耗電待機模式下使用2顆5號電池可驅動6個月 IEEE802 15 1 Bluetooth 手機 印表機 汽車 醫療設備 技術誕生於10年前 解決數據短距離無線傳輸 使用2 4GHz 選用依據 頻寬 傳輸率 獲取容易 使用方便 長期使用經濟 技術經驗普及等因素 3 2 4通訊方式比較 Wi Fi 已經是普遍應用的技術 但要有在PC上撰寫應用程式 Tele Crane 原來在掛鍍的應用 應用方式是用一組8bit的發射器 接收器 因為發射及接收是單向的 所以AGVS與AGV的雙向溝通就要用到二組 這個方式只要有PLC的程式即可 不必在PC上開發 Zig Bee 頻寬250kbps用在設備連線及AGV溝通是足夠的 也要有在PC上撰寫應用程式 3 3階段三自動載卸簡介 AGV 背視圖 卸貨 載貨 驅動器 電控箱 階段二AGV已經可以快速到達目的地 所謂的目的地不外乎站點 如果在停止的站點相應位置能設計站台 機台店面或升降機Buffer 與AGV自動交換載具 這就是階段三自動載卸功能 1 站台店面載卸機構 2 AGV載卸機構 燈號 按鍵 上製程設備 升降機 下製程設備 3 3階段三自動載卸簡介 觸發方式 設計一例 請參考下圖 1 站台應用重力原理 為有高低差的FreeRoller 為避免載具滑出 有阻擋連動機構 2 AGV的載卸機構為有雙向動力的Roller 配置頂Pin裝置 卸貨 左下圖 AGV到達站點時 啟動Roller運轉即可 載貨 右下圖 AGV到達站點時 頂Pin伸出迫使站台載具檔板1下降及載具檔板2上升 啟動Roller運轉 此時第二個載具被檔板2限制 避免滑落 當AGV已承接載具妥當 頂Pin縮回 即可行車離開站點 此時站台載具檔板1上升及檔板2下降 載具可滑行至出貨位置 3 載具感應Sensor信號連於AGVS中 可取代站台之按鍵開關及燈號 AGV載貨 AGV卸貨 載具感應Sensor 50 Confidential Page 50 1 載卸Sensor及Motor是階段三AGV的設計重點 人機介面及定位確認Sensor可依需要增加 2 站點轉接盒與AGVS相連 提供叫車需求及供貨狀況信息 載卸機構設計有多種可能 依需要最佳化 3 3階段三自動載卸系統組成 1 2 3 4 1階段四派工系統簡介 塑件搬運簡例 4F成型 3F裝配 成型機 1B 裝配線2 裝配線3 裝配線4 裝配線n 控制架構 主電腦 派工系統 AGVS3F AGVS4F 成型2B店面工控機 裝配 3店面工控機 Ethernet AGV3F AGV4F 派工系統處理製程間的物料傳送 主電腦 派工系統內的資料庫有製程及設備關聯資料 知道上製程完成時 產品該送往那個下製程設備 全自動的派工方式是 入料店面自動偵測是否需追加材料 如以Sensor感應載具位置 或以生產的啟動訊息等 店面工控機發自動發出搬出需求至主電腦 若由設備操作人員發入料需求 則手動按下工控機觸控螢幕或按鍵開關 主電腦判別上製程設備及材料狀況 如果可行 發命令給AGVS 當AGVS接獲主電腦派工命令時 可指派AGV執行搬運任務 自動將載具及產品送到下製程的入料店面 圖為由成型2B出料店面送到裝配 3線的例子 出料店面 出料店面 2B AGV3F 4樓升降機3樓 AGV4F 52 Confidential 1 派工系統是要處理上下製程間產品的傳送 所以溝通是以AGVS為主體 2 方式一的作法是再建置一個主電腦 有資料庫及程式可處理AGVS間的命令 在複雜的生產作業中 這是標準的方式 3 方式二是由上下製程的AGVS互相溝通 在製程的關係固定且單純的情況下適用 甚至再合併到一個AGVS 方式三 直接控制上下製程間的產品傳送 也是可以考慮的方法 3 4 2階段四自動派工系統組成 主電腦 派工系統 DIO AGVSB Ethernet 方式一 方式二 方式三 站點盒 燈 鍵 載卸機構 AGV 3 4 3兩個製程間的搬運流程 連接器的生產方式 衝壓 電鍍 裝配升降機 AGV都是固定且單純 不需有再上