自动化物流安全装置设计.doc

AGV及AGVS的安全裝置設計雲南昆船設計研究院 冉文學摘 要：AGV是現代自動化物流系統中的關鍵設備之一，它是以電池爲動力，裝備有電磁或光學等自動導航裝置，能夠獨立自動定址，並通過電腦系統控制完成無人駕駛及作業。安全設計是其開發設計中最重要的環節之一。本文集中討論AGV設計中的安全裝置，防止錯誤動作産生的同時，能夠智慧化處理錯誤動作的安全系統構成。 關鍵字： AGV AGVS 安全裝置 前言 AGV(Automatic Guided Vehicle)，即自動導引車，是一種物料搬運設備，是能在一位置自動進行貨物的裝載，自動行走到另一位置，自動完成貨物的卸載的全自動運輸裝置。 同其他自動化設備一樣，安全裝置是其最重要的組成部分之一。現代化的生産環境之中，人與各種機械設施處於同一環境中，AGV作爲一種運動中的動作功能機械，其安全保障功能尤爲重要。 安全裝置的作用包括防止設備在運行中出錯，也預防運行出錯對人員及其運行環境設施産生的影響，安全裝置的功用除了保護AGV自身安全，以及維護AGV功用的順利完成外，還在最大可能的範圍內保護人員和運行環境設施的安全。 AGVS (Automatic Guided Vehicle System)的運用是一個複雜的高技術系統工程。一般地，每一個AGVS，它都會包括多台AGV設備。AGVS的正常運行，其安全防護系統的構成涉及的因素很多，較爲複雜。 本文將綜述各種AGV的結構，將單機結構劃分爲不同的，但又可以相互借用的若干模組，從其功能方面論述AGV的安全裝置；以及AGVS的安全防護措施。 1 整車結構及其他安全性裝置 自動化安全裝置的構成，是基於安全保障體系的系統工程。 就AGV而言，通常可分爲自動搬運車、自動拖車和自動叉車等幾類，此外，根據導引的方式不同，又可分爲電磁導引、鐳射導引、慣性導引等多種AGV形式，如圖1爲帶側叉裝置的LGV推式電磁導引車，圖2側輥式鐳射導引車，圖3正叉式鐳射導引車，以及其他形式，由於功能用途和結構的差異，其安全裝置的設置有差異。例如，自動拖車和自動叉車的安全裝置就不同。因此，筆者將在此文中不作各種車型的安全裝置的詳細論述，而是綜合各種結構，進行各種功用結構的安全論述。 1.1 車身 車身是裝配AGV其他零部件的主要支撐裝置，是運動中的主要部件之一。無論是框式結構還是其他機構，考慮運行中的AGV可能會同人或者其他物體相碰撞，除了操作上的需要，車身的外表，不得有尖角和其他突起等危險部分。 1.2 障礙物接觸式緩衝器 爲了避免碰撞産生的負面影響，確保運行環境中人和物的安全，在AGV車身上必須設置有障礙物接觸式緩衝器。一般地，障礙物接觸式緩衝器設置在AGV車身運行方向的前後方，緩衝器的材質具有彈性和柔軟性，這樣，即使産生碰撞事故，不會對與之碰撞的人和物及其自身造成大的傷害，故障解除後，能自動恢復其功能。緩衝器的寬度，在正常情況下，大於或等於車身寬度，當産生碰撞事故時，緩衝器能及時使自動搬運車停車。 障礙物接觸式緩衝器是一種強制停車安全裝置，它産生作用的前題是與其他物體相接觸，使其發生一定的變形，從而觸動有關限位元裝置，強行使其斷電停車。顯然，這種機構的作用將受到路面的光滑平整度、整車及載貨重量、運行速度、限位元裝置的靈敏度等因素的影響，其安全保護措施是終端安全保護屏障。 1.3 障礙物接近檢測裝置 障礙物接近檢測裝置是障礙物接觸式緩衝器作用輔助裝置，在規定有效作用範圍內，AGV在所有的場合對於確保安全是必不可少的，在此範圍內，它將帶給AGV合適的運行速度，減小慣性，緩慢停車，它是先於障礙物接觸式緩衝器發生有效作用的安全裝置。 爲了安全起見，障礙物接近檢測裝置最好是多級的接近檢測裝置。一般地，障礙物接近檢測裝置有兩級以上的安全保護設置，如在一定距離範圍內，它將使AGV降速行駛，在更近的距離範圍內，它將使AGV停車，而當解除障礙物後，AGV將自動恢復正常行駛狀態。 障礙物接近檢測裝置包括鐳射式，超聲波式，紅外線式等多種類型，都有成熟的産品面市。 1.4 自動裝卸貨物的執行機構的安全保護裝置 AGV的主要功能是解決物料的全自動搬運，除了其全自動運行功能外，還有自動裝載和卸載貨物的裝置。如輥道式AGV的輥道，叉車式AGV的貨叉等，我們把這類機構歸爲自動裝卸貨物的執行機構。 執行機構爲AGV上“動中之動”的結構，其安全保護裝置爲又一難點，這類結構包括機械和電氣兩大類。一般地在同一輛車上，機械和電氣這兩類保護裝置都具備，互相關聯，同時産生保護作用。如位置定位裝置、位置限位元裝置、貨物位置檢測裝置、貨物形態檢測裝置、貨物位置對中結構、機構自鎖裝置等結構。 1.5 警報裝置 爲了通知AGV的運動狀態和喚起周圍的注意，AGV須裝備多種警報裝置： u 自動運轉顯示燈：AGV自動運行時，顯示燈亮，AGV處於非自動運行狀態時，顯示燈亮滅。 u 運行警報器：AGV在運行及移載過程中，根據不同的環境，警報裝置産生相應的警報資訊。 u 前進警報器：AGV由停止狀態進入運行狀態時，在前進之前發出警報。 u 後退警報器：AGV處於後退運行狀態時，發出警報。 u 異常警報器：AGV發生異常時，警示燈亮，警報器發出聲音告訴人們發生了異常情況。 u 左傳、右轉顯示燈：識別AGV的左傳和右轉方向，顯示燈相應亮。 u 急停裝置：AGV在突發異常狀況下，必須有急停裝置維護自身。急停裝置位於車身上便於識別、操作的位置，通過“手按”等簡單的操作就可實現緊急停止的功能；具有系統連鎖保護功能，緊急停止後，只要停止原因的安全性得不到確認，就算已解除異常，AGV也不會再次啓動運行；具有手動控制功能，在異常狀況下，操作人員可以通過手動操作AGV。 u 狀態監視裝置：監視AGV運行狀態，特別是當AGV發生異常時，能夠具有瞭解該狀態及其原因的監視功能。 1.6 充電保護裝置 AGV結構設計的又一難點是其動力源裝置的設計。動力源的功率大小直接影響AGV的功用，而動力源的體積大小將直接影響整車的體積及外觀造型。 蓄電池被選作爲AGV動力源。鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池、鎳鋅蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰離子蓄電池等可供選用，需要考慮的因素除了功率大小、安時數多少、功率重量比、體積大小等外，最關鍵的因素換需考慮充電時間的長短和維護的容易性。快速充電爲大電流充電，一般爲專業的充電裝備，其本身必須有充電限制裝置和安全保護裝置。 充電裝置在小車上的佈置方式有多種，一般有地面電靴式、壁挂式等。在設計過程中，必須結合AGV的運行狀況，綜合考慮其在運行狀態下，可能産生的短路等因素，從而考慮設置AGV的安全保護裝置。 2 運行環境的安全防護措施 2.1 應安全行走的需要，在AGV運行路徑上，考慮使用警報、標誌、信號、色彩、安全杆等警示物，以確保安全。 2.2 爲了防止與人、周圍設施相撞，根據需要可考慮設置相應的防撞裝置。 2.3 AGV在與站臺、自動門、電梯等設施進行連動的場合，要系統地考慮方方面面的聯動因素，使其運動相互協調，與AGV的運行連鎖。 2.4 要確實做到與周圍裝置以及相關設備的貨物、情報的接受等動作相互協調，做到安全啓動和連續運轉。 2.5 特殊環境，事前要對其環境條件進行核實、明確，並根據需要設定特殊的AGV運行規則。 2.6 鋪設適於AGV安全行駛的路面，並在其範圍內顯示安全通道和安全行駛區域。行駛通道與一般通道公用的場合，確保行人與AGV行駛通道間，行人可以避讓車輛的安全空間。通常情況下，AGV運行通道，儘量限制行人的進入。在交叉路口、分叉口、急轉彎路口等地方，由於看不到車輛，行人可能會意想不到地與AGV相撞，因此，要在這些地方設置安全避讓場所，並設置醒目標誌。 2.7 針對AGV不同的導引系統，對行駛區域周圍使用的動力設備、電氣配線、照明裝備、空氣機等發出的電磁波、光、超聲波以及車輪與路面摩擦所産生的靜電等干擾因素，應設置相應的安全防護措施。 3 電腦系統的安全防護資訊處理所需 3.1爲了保證AGVS設備的安全調度運行，首先要求構建精確的底層基礎資料庫，如電磁導引式地面路徑的佈置，鐳射導引式的鐳射放射板的佈置及路徑的繪製等，都必須經過科學的規劃和精確的測定。底層提供給上位電腦系統的資料必須科學、準確，並且能夠進行有效控制，也就是說底層和上位電腦的通訊必須通暢、安全可靠。 3.2 AGVS的正常運行，必須遵守一定的調度原則，如任務優先，執行任務運行中的AGV，必須在完成當前任務後，再進行其他；運行中的AGV就近完成任務，系統中的AGV個體，能夠隨機判定就近執行任務的優先權；以及AGV在正常運行中必須遵守交通管制原則等。電腦管理系統軟體必須包括這些原則的智慧診斷和根據接收資訊處理異常故障的功能。 3.3 電腦管理系統軟體本身必須具備的自行診斷、自我保護功能，以及異常故障清除後的系統自動恢復功能。 總之，電腦管理系統實行有效的、管控一體的指揮調度，對於在正常運行中的AGV是必需的。作爲調度中樞，電腦管理系統必須保證AGVS在實際生産過程中的安全運行，也必須保證系統自身的安全。 4 應用示例及結束語 九十年代中期，昆明船舶設備集團公司在吸收應用國際先進AGV導航技術的基礎上，成功地自行開發研製了多種鐳射導引運輸車，並將它應用到雲南紅河捲煙廠輔料庫、成品庫、煙葉配方庫等自動化物流系統中，成功地將自動化技術柔性化、宜人性地延伸到實際生産的各個環節。目前，昆明船舶設備集團公司已批量生産銷售AGV， 並具備較高水準的AGVS産品開發能力和技術實施能力。 在AGV系列產品的開發過程中，設計人員將安全防護措施作爲設計開發的關鍵之一。現有的AGV商品配備了多重安全防護措施，如使用玻璃鋼