第八章 物料自动储运系统

1、1第八章 物料自动储运系统 第八章 物料自动储运系统2v学习目标学习目标 v物料自动搬运系统组成及控制 v自动导引小车系统组成及控制v搬运机器人组成及运动v自动化仓库系统v学习难点学习难点 v物料自动储运系统控制v自动导引小车控制v自动化仓库系统组成 v内容概述内容概述 v本章首先介绍了物料自动储运系统的组成及物料搬运模式，然后重点分析了自动导引小车的制导、驱动、控制方法，并对搬运机器人的组成及运动问题进行了分析，最后介绍了自动化仓库系统的结构及控制问题。 第八章 物料自动储运系统38.18.1概述概述v 物料自动储运系统物料自动储运系统 v 在制造自动化系统中，将各工作站所需物料（毛坏、半成

2、品、成品、夹具等）有机联系在一起实现自动存储、输送和分配的子系统。v 物料自动储运系统是制造自动化系统的重要组成部分，主要由自动搬运系统、及自动化仓库管理控制系统组成，用于完成物料的存储、输送、装卸和管理等功能。 第八章 物料自动储运系统4v存储功能存储功能 在制造过程中，有相当数量的物料处于等待状态，需进行存储或缓冲。 v输送功能输送功能 根据上级计算机的指令和下级设备（如加工中心、自动化仓库、缓冲站、三坐标测量机等）的反馈信息，自动将物料通过输送设备准确适时地送到指定位置，完成物料在自动化仓库与工作站或工作站与工作站之间的流动，以实现各种加工处理顺序和要求。v装卸功能装卸功能 完成工件在托

3、板上的装卸以及输送装置与加工设备之间的连接。v 管理功能管理功能 物料从存储等待位置送到加工位置，从一个加工位置送到另一个加工位置，在流动过程中物料不断被加工，其性质（如毛坯成为半成品、成品）和数量（毛坯数量减少，成品数量增多，成品、废品数量等）不断变化，这就需要对其进行有效的识别和管理。 第八章 物料自动储运系统5v 面向大量生产的自动线例如：例如：第八章 物料自动储运系统6v 所示的是面向大批量生产的自动线工件自动运输系统，毛坯逐渐或成批从毛坯缓冲储料器中取出，在自动线前端上料共位上料并存储，输送装置以一定的生产节拍将工件从前一工位依次向后一工位运送，加工后的成品在自动线后端储存或卸下进入

4、产品缓冲储存器，设立毛坯和产品缓冲储存器的木器是为了缓冲生产中供与求之间的矛盾，因为毛坯的 供应和产品的输出都是在白天8h内集中进行，而制造系统的生产是24h连续不断地进行，所以缓冲储存量至少应当为制造系统一天的生产量。为了使自动线的上料、卸料工作实现自动化，自动线前端应设置料仓（或料区）由工人定时集中上料；后端设置成品库，由工人定时将装满成品的成品库移开，并换上新库，为了使自动线的刚性联接具有柔性，往往还设置中间仓库。 第八章 物料自动储运系统7第八章 物料自动储运系统8v面向大、中批量生产的柔性制造线的循环式传送系统。该系统可以同时加工多种工件，机床具有很大柔性，各机床生产节拍不同，为了使

5、各台机床都能不停地工作，传送系统具有自动流动，自动存取功能。其工作原理是传送系统内装有较多工件。并循环连续运动。当某台机床加工完毕后，工件（或随行夹具）自动送入传送系统，缓冲工位排队等待加工的工件自动送入加工工位，并从传送系统中选择另一适合该机床加工的工件输入缓冲工位，加工完了的成品进行装卸料工位进行换装，半成品则留在传送系统内，等待选择机床进行加工。这种输送系统具有工件的传送和储存两种功能 第八章 物料自动储运系统9第八章 物料自动储运系统10v面向中、小批量生产的柔性制造系统，它是以中央仓库存储生产中的各种物料，包括随行夹具、毛坯、半成品、成品和刀具等。用堆垛起重机系统自动输送和 存取，将

6、装卸工位和机床的物料交换与储料器相连。白天8h由工人做一天的准备工作，先将已加工的成品从储料器中取出，在卸料工位卸料。随行夹具返回储料器储存。同时，根据当天的生产计划，从储料器中选取相应的托盘，在装料工位装料后，输入储料器储存。储料器与机床的联接是机床加工完后，缓冲工位存放的工件与加工工位自动交换。堆垛起重机将加工好的工件输入储料器，然后选样另一符合该机床加工的毛坯或半成品，输入缓冲工位等待加工。以上工作过程都是在计算机控制系统管理下自动进行的。因此，除装卸料生产准备工作由工人在8h内进行，其余时间可以无人化生产。v由此可见，工件运输系统是由仓库系统、装卸站、工件传送系统和机床工件交换装置等部

7、分组成。 第八章 物料自动储运系统118.2 物料自动搬运系统v8.2.1物料自动搬运系统组成物料自动搬运系统组成v物料自动搬运系统物料自动搬运系统v一般包括搬运机器人、堆垛起重机、输送装置（如传送带、小车等）、物料缓冲和交换装置等。v1) 搬运机器人 v2) 堆垛起重机 v3) 输送装置 第八章 物料自动储运系统12v1) 搬运机器人 搬运机器人最常见的是完成物料的装卸，也可用于工作站之间的物料输送。v 机器人自动搬运系统主要由搬运机器人、工件自动识别系统、自动启动装置、自动传输装置组成，适合于工件自动搬运的场合，尤其适合自动化程度较高的流水线等工业场合，提高生产效率和自动化程度。v 机器人

8、自动搬运系统可根据用户的要求配备不同的手爪（如机械手爪、真空吸盘、电磁吸盘等），可实现对各种工件的抓取搬运，具有定位准确、工作节拍可调、工作空间大、性能优良、运行平稳可靠、维修方便等特点。 第八章 物料自动储运系统13第八章 物料自动储运系统14第八章 物料自动储运系统15第八章 物料自动储运系统16v2) 堆垛起重机 堆垛起重机的典型用途是在自动化仓库内实现物料的自动搬运。v 用货叉或串杆攫取、搬运和堆垛或从高层货架上存取单元货物的专用起重机。它是一种仓储设备,分为桥式堆垛起重机和巷道式堆垛起重机两种。 第八章 物料自动储运系统17v在桥式起重机桥式起重机的基础上结合叉叉车车的特点发展起来的

9、。在从起重小车悬垂下来的刚性立柱上有可升降的货叉，立柱可绕垂直中心线转动，因此货架间需要的巷道宽度比叉车作业时所需要的小。这种起重机支承在两侧高架轨道上运行，除一般单元货物外还可堆运长物件。起重量和跨度较小时也可在悬挂在屋架下面的轨道上运行，这时它的起重小车可以过渡到邻跨的另一台悬挂式堆垛起重机上。立柱可以是单节的或多节伸缩式的。单节立柱结构简单、较轻，但不能跨越货垛和其他障碍物，主要适用于有货架的仓库。多节伸缩式的一般有24节立柱，可以跨越货垛，因此也可用于使单元货物直接堆码成垛的无架仓库。起重机可以在地面控制，也可在随货叉一起升降的司机室内控制。 第八章 物料自动储运系统18v采用这种起重

10、机的仓库高度已达45米左右。起重机在货架之间的巷道内运行，主要用于搬运装在托盘上或货箱内的单元货物；也可开到相应的货格前，由机上人员按出库要求拣选货物出库。巷道式堆垛起重机由起升机构、运行机构、货台司机室和机架等组成（图2）。起升机构采用钢丝绳或链条提升。机架有一根或两根立柱，货台沿立柱升降。货台上的货叉可以伸向巷道两侧的货格存取物品，巷道宽度比货物或起重机宽度大1520厘米。货叉一般为三节伸缩式，用齿轮齿条传动或链传动实现伸缩。这种起重机大多在地面上的一根钢轨上运行，水平轮装在顶部；高度不大时也可以悬挂在巷道顶部的工字钢下翼缘上运行，水平轮装在下部； 第八章 物料自动储运系统19第八章 物料

11、自动储运系统20第八章 物料自动储运系统21v3) 输送装置 输送装置用来实现物料在仓库与工作站以及工作站之间的输送，常用的输送装置有传送带和输送小车两大类型。通常，工件通过夹具装在托板上由输送装置输送。v (1)传送带 v (2) 输送小车 v (3) 物料缓冲与交换装置 第八章 物料自动储运系统22v(1)传送带 传送带由传统自动线传送装置发展而来，主要有辊道传送和链式传送两种形式。辊道式传送带由一系列旋转的辊子组成，依靠摩擦力将物料按一定的速度传输，当物料到达预定位置时，由机器人取下或通过横向传送带送至指定工位。辊子的转动可由电机直接驱动或通过链带传动。链式传送带一般通过链板依靠摩擦力传

12、送物料。传送带具有结构简单、连续输送、单位时间输送量大等优点，但占用机床周围面积大，柔性较差，建成后难以改变传送路线，多用于工件加工工序短，加工批量较大，柔性较差的柔性制造线（FML）。第八章 物料自动储运系统23第八章 物料自动储运系统24第八章 物料自动储运系统25第八章 物料自动储运系统26v (2) 输送小车 输送小车是一种无人驾驶的自动化输送设备，形式多样，按导向方式可以分为有轨和无轨两大类。 第八章 物料自动储运系统27v 有轨小车 一般由在地面上铺设的两条平行钢轨和在其上行走的小车组成。小车由安装在车上的伺服电机驱动，通过定位槽销等定位机构使小车在规定的位置上准确停止，重复定位精

13、度可达0.1mm。有轨小车结构坚固，承载能力大，一般载重量可达18吨，最大可达20多吨。与无轨小车相比，具有造价低、技术难度适度、工作较可靠等优点。但由于采用钢轨导向，轨道铺好后不易改变，柔性较差，而且转弯半径不能太小，多用于以加工大件为主的直线型柔性制造系统（FMS）。此外，为充分利用空间，有轨小车也常采用高架轨道形式。 第八章 物料自动储运系统28第八章 物料自动储运系统29第八章 物料自动储运系统30v无轨小车 又称自动导引小车，以蓄电池为动力源，采用非接触导向装置导向，具有不占用车间地面及空间等诸多优点，随着控制技术的成熟，已成为最有发展前途的自动物料输送装置。 第八章 物料自动储运系

14、统31第八章 物料自动储运系统32v(3) 物料缓冲与交换装置 v缓冲与交换装置用于临时储存物料，并实现物料在输送装置与机床或其它工作单元之间的交换。在现代制造自动化系统中，物料的搬运与传统刚性自动线或流水线不同，其物料输送不是按固定节拍强迫进行，而且也没有固定顺序，采用缓冲装置可缓冲各机床或单元加工时间的差异，保证每台机床或单元不出现空闲。 第八章 物料自动储运系统33v根据工件类型不同，在制造自动化系统中，一般采用托板和箱式托盘或托板式料架输送工件。对于小型工件和回转体工件，一般是多个工件以一定姿态一起存在箱式托盘或托板式料架中，由输送装置集中输送，在缓冲区由机器人完成工件在机床上的装卸。

15、对于非回转体较大型工件，一般都通过夹具安装在托板上输送，托板相当于随行工件台，加工时与工件一起进入机床工作空间。 根据制造系统布局及规模的不同，托板缓冲及交换装置有双工位和多工位之分，根据托板交换方式不同，有往复式和回转式两种形式。示例 双工位往复式交换方式 第八章 物料自动储运系统34v交换装置一侧与机床工作台相靠，另一侧与输送小车靠齐，交换时利用工作台和输送小车的移动，使工作台和输送小车上的托板导轨与交换装置（APC）导轨对准，通过交换装置与输送小车上的推拉机构实现托板交换。 第八章 物料自动储运系统35v其上有两条平行导轨供托板移动导向用。有两个工位，前方是待交换工位，机床加工完毕后，交

16、换装置从机床工作台移出装有工件的托板，然后转过180。，再将装有待加工件的托板送到机床的加工位置。 v双工位回转式托板交换装置 第八章 物料自动储运系统36第八章 物料自动储运系统378.2.2 8.2.2 物料搬运模式物料搬运模式 v物料搬运模式是指物料搬运装置运行路线的配置方式，主要有以下5种形式。 v 直线型v 环型 v 网络型 v 机器人为中心的物料搬运方式 v(5) 多种输送设备混合搬运 第八章 物料自动储运系统38v直线型物料搬运方式 v直线型物料搬运方式如图所示，物料搬运装置的运行路线为直线，主要用于物料的顺序传送，输送装置可采用各种传送带和输送小车。第八章 物料自动储运系统39

17、v环型环型v环型物料搬运方式如图86所示，机床布置在环型输送线的外侧或内侧，输送装置可采用传送带和输送小车。在环型输送线中还设置有若干支线，作为储存工件或改变输送路线之用，使系统能以较大的灵活性实现随机存取。这种输送方式线内储存功能较大，一般不设中央仓库。 v图8-6 环型物料搬运方式v1转台；2滚式传送机；3-随行托具待加工位置；4-双立柱加工中心；v5加工斜孔数控转台；6-上料工位；7-数控机床（有6把刀）；8-清洗工位 第八章 物料自动储运系统40v图8-7 网络型物料搬运方式 v1上下料工位；2控制台；3导线系统；4计算机数控机床；5工件进出；6机器人；7无人输送小车 v网络型网络型v

18、 网络型物料搬运方式如图87所示，是随着各种导引小车的应用而发展的，由于它在地面布线，输送线路的安排具有很大柔性。这种方式线内储存功能很小，一般需设置中央仓库，而且在机床前需设置物料缓冲和交换装置。 第八章 物料自动储运系统41v机器人为中心的物料搬机器人为中心的物料搬运方式运方式v以机器人为中心的物料搬运方式如图88所示，机床或工作单元布置在机器人周围，由机器人完成物料的搬运，适用于系统简单、搬运距离短、工件重量较轻的物料搬运。此时，机器人不仅完成物料的自动输送功能，还同时实现自动存取和交换功能。 v图8-8 机器人为中心的物料搬运方式 第八章 物料自动储运系统42v图8-9 AGV和机器人

19、组成的搬运系统 v1门式高架机器人；2加工中心；3台面可升降AGV；4料台；5CNC机床 v(5)多种输送设备混合搬多种输送设备混合搬运运v在一些规模较大的制造系统中常采用多种输送设备混合搬运。图89是由自动导引小车AGV和悬挂式机器人混合的物料搬运系统。 第八章 物料自动储运系统438 83 3自动导引小车自动导引小车AutomaticAutomaticGuidedGuidedVehicleVehicle v无人搬运车系统简称AGVS，是当今柔性制造系统（FMS）和自动化仓储系统中物流运输的有效手段。无人搬运车系统的核心设备是无人搬运车（AGV），作为一种无人驾驶工业搬运车辆，AGV在本世纪

20、50年代即得到了应用。一般用蓄电池作为动力，载重量从几公斤到上百吨，工作场地可以是办公室、车间，也可以是港口、码头。现代的AGV都是由计算机控制的，车上装有微处理器。多数的AGVS配有系统集中控制与管理计算机，用于对AGV的作业过程进行优化，发出搬运指令，跟踪传送中的构件以及控制AGV的路线。 第八章 物料自动储运系统44v自动导引车 (Automatic Guided Vehicle) 是一种物料搬运设备，能自动在一位置自动进行货物的装载，自动行走到另一位置完成货物的卸载，自动完成货物装卸的运输装置。通过系统集中控制和计算机管理，对自动导引车的作业过程进行优化，发出搬运指令，控制自动导引车的

21、路线及跟踪输送中的各种信息，完全实现全自动作业、即自动识别、自动运输、自动检测、自动搬运、存取、自动信息交换和自动监控等。 第八章 物料自动储运系统45v自动导引小车自动导引小车(AGV)系统系统是在计算机控制下自动完成物料运送任务的小车系统，由自动导引小车和地面制导与管理系统两大部分组成，与有轨小车相比具有如下特点： v采用非接触导向方式，运行路线易于改变和扩展，而且可方便地实现曲线输送任务，具有较高的柔性，特别适合于规模较大，物料迂回运输的制造系统中。可保证物料分配及输送的优化，减小物料缓冲数量。不需设置地面导轨，运输路线地面平整，使机床的可接近性好，便于机床的管理及维修。 AGV小车可与

22、集中控制计算机进行双向通讯，便于实时监视与控制。 AGV小车装有各种传感器和自动减速、停车、报警装置，可避免与其它装置或障碍物的碰撞，安全可靠。 AGV小车能耗小，噪声低。 第八章 物料自动储运系统46vAGV小车虽有价格较高、控制复杂等问题，但因以上诸多优点，在物料自动储运系统中得到日益广泛的应用。自动导引小车承载能力一般为12吨，常用行走速度为660m/min，停车定位精度可达30mm；如果增加机械定位装置，定位精度可达0.1mm。 第八章 物料自动储运系统47v8.3.1自动导引小车制导自动导引小车制导v自动导引小车的制导方式很多，典型的制导方式有电磁制导、光学制导、磁力制导和激光制导等

23、。 第八章 物料自动储运系统48v电磁制导方式 v自动导引小车由埋设在地下的电缆在小车感应线路中产生感应电势进行制导，其工作原理如图810所示。用于导向的电缆被埋在地面下数厘米深。工作时，电缆通入频率为310KHZ的高频交变电流，从而沿电缆线形成一交变磁场。装在自动导引车底部的弓形天线跨在电缆导引线中心上方，在交变磁场作用下，天线上左右对称安装的两个感应线圈产生感应电压。当小车偏离导引电缆中心时，两个线圈感应电压产生差值，该差值信号输出至转向控制装置，经放大处理后驱动转向电机带动转向轮校正小车运动轨迹，直至差值信号为零，从而实现小车的自动导向。输送路线不同分支采用不同的导引频率，当小车运行接近

24、分支交叉点时，通过编码装置，自动确定其目前所在位置及过分叉点后跟踪的频率，从而实现路线寻找。这种导向方式工作可靠，不怕尘土污染，导向电缆埋入地下不易遭破坏，适用于一般工业环境，是目前应用最多的一种形式。 第八章 物料自动储运系统49v光学制导方式光学制导方式v在地面上沿行驶路线铺设银白色可反光色带（如铝带、不锈钢带等），小车底部装有聚光灯和光敏元件。两套光敏元件分别位于反光色带两侧，当小车偏离反光色带导引路径时，光敏元件检测到的亮度将不等，经放大、比较后形成信号差值控制转向电机驱动转向轮，从而实现导向。这种制导方式在小车运行路线的交叉点和弯曲部分是通过小车智能化方法进行引导的。 第八章 物料自

25、动储运系统50v 磁力制导方式 v已实用化的磁力制导方式有如下3种方式：磁带式 沿小车行驶路线贴上磁带，小车上装有磁力传感器，由磁力传感器和磁带形成的磁感应信号对小车进行引导。铁素体方式 用树脂或混凝土将铁素体粉末进行固体化，把这种铁素体标识器连续地敷设在小车行驶路线上，在交叉点和停车点贴上位置标识器，由小车上装载的铁素体传感器进行路线偏移和位置补偿。打入磁铁式 在小车行驶路线的任意点和重要位置打入条型磁铁，小车上装有磁力传感器，磁铁和磁铁之间没有引导，是独立的，一般需打入很多条型磁铁以减小磁铁间距，也可对小车引入智能化方法，实现相邻磁铁间的导引。 第八章 物料自动储运系统51v激光制导方式激

26、光制导方式v沿小车行驶路线发射和扫描激光光线，由小车上激光检测器检测作为导向信号，如图811所示。这种方式在地面由于某种原因，不能采用电磁制导和光学制导方式时是特别有效的（和地面形态无关）。如进行二维控制激光光线的扫描，可方便地完成任意曲线路线的指示。 第八章 物料自动储运系统52v8.3.2自动导引小车转向及驱动 v自动导引小车的方向控制是由小车接受导引系统的方向信息，通过转向驱动装置实现的。其转向和驱动方式直接影响小车的控制方案、使用性能和应用场合。目前，常见的转向和驱动方式有如下3种类型： v铰轴转向式 v差速转向式 v 全轮转向式 第八章 物料自动储运系统53v铰轴转向式铰轴转向式v铰

27、轴转向式三轮小车布局如图所示。小车车体前部为一铰轴转向车轮，同时也是驱动轮。车体后部为二个自由转动轮。前轮转向和驱动分别由两个不同的电机带动，一般采用伺服电机或步进电机控制转向，用串激直流电机加上电阻切换调速方法来驱动行驶，配合制动器以开关量控制方式准停。这种方式适用于轻载（一般为1001000kg）单向行驶的场合，具有结构简单、成本低等特点，但定位精度较低。若采用伺服电机作驱动电机，可实现闭环控制的准停，获得较高的准停精度。 第八章 物料自动储运系统54v差速转向式v差速转向式四轮小车车轮布局是小车车体中部有两个驱动轮，分别由各自的电机驱动。在小车车体前、后部各有一个转向轮，利用中部两个驱动

28、轮的转速差可实现转向功能。主动轮一般采用脉冲调制控制的伺服驱动。由于是伺服控制，准停可以采用模拟量闭环控制，定位精度高。脉冲调速除能满足控制性能方面的要求外，与电阻切换调速相比，还能减少电能损耗。这种转向驱动方式结构简单，转弯半径小，可实现前后双方向行驶，根据需要可设计成四轮或六轮型式，载重量较大（3003000kg）。 第八章 物料自动储运系统55v全轮转向式全轮转向式 v全轮转向式四轮小车车轮布局如图814所示。小车车体前后各有两个驱动和转向一体化车轮，每个车轮分别由各自的电机驱动，可实现沿纵向、横向、斜向及回转方向任意路线行走，具有很高的机动性，但其结构和控制都较复杂，只用于有特殊行驶要

29、求的场合。第八章 物料自动储运系统56v8.3.3自动导引小车系统控制 v自动导引小车系统自动导引小车系统（AGVS）的控制就是将小车与导引路径连接形成一个统一的系统，实现物料的自动输送。主要的控制功能有：车辆调度、路线控制、交通管制、系统监控及AGV本身的控制等。 v 控制方式 AGV系统的控制一般采用三级控制方式，即中央控制计算机、地面控制站（器）和车上控制器。 v 控制系统 对于AGV系统来说分级控制一般可分为集中控制系统和分散控制系统两大类。v 传输命令方式 向AGV传输命令有两种方式：人工命令 和自动传输命令 第八章 物料自动储运系统57v 控制方式 AGV系统的控制一般采用三级控制

30、方式，即中央控制计算机、地面控制站（器）和车上控制器。v 中央控制计算机 可以与车间主计算机通信并置于其管理和控制之下。大多数的数据处理功能（决策、评定等）均在此级完成。如监视现场设备的状况、统计AGV利用率、小车交通管制、跟踪装载、制定目标地址、提供工作站定义（如类型和高度），实时存储小车的地址并将AGV的位置与装载物的类型、数量传输给车间主计算机。该级计算机上还提供人一机界面，供用户生成报告、更改产品数据以及在线了解AGV系统运行情况。v 地面控制站 用于在中央控制计算机与各AGV之间进行通信处理，并向小车提供格式化的具体命令。主要功能为提供行车道选择、进行小车选择，将准确的目标地址、最迟

31、到达时间、移载及升/降高度信息传输给AGV，提供输送优先权与顺序要求和失效的导引路径信息、产生引导路径的电频率（对电磁导引而言），提供小车避免互撞的信息以及收集所有来自自动化仓库、传送带和按钮面板的输入/输出信息。v 车上控制器 总的任务是实时记录AGV的位置，解释并执行从地面控制站传送来的命令，完成AGV本身驱动、转向、安全装置启动、充电接触器等的控制。车上控制器可分为非智能型和智能型两种类型。非智能型没有数据处理能力，要求输入诸如启动、加速/减速等命令，并要求提供用于导引小车到达最终目的地址的外部控制（这些控制指令往往是AGV在指定地点如停泊站处获取的）。智能型车上控制器的功能包括：AGV

32、之间分段行驶规定， 自动选择路径、速度、加/减速度控制，控制移载，在规定时间内小车从工作站脱开，向工人显示作业信息和提供内装式自诊断能力。最后，如果中央控制计算机或地面控制站失灵则应具备降级模式运行的能力。 第八章 物料自动储运系统58v 控制系统v 对于AGV系统来说分级控制一般可分为集中控制系统和分散控制系统两大类。v 集中控制系统 在第二级（地面控制站）有一个具有分派控制功能的微型计算机，它作出判定下一个分派AGV的选择和闲置AGV等待位置的选择。还包括与中央计算机、各缓冲站、自动充电站以及各AGV通信的能力。集中控制系统适用于AGV数量较少，不太复杂的AGVS。v 分散控制系统 第二级

33、为若干个分站，它们被设置在AGV路径配置的周围。每一分站控制布局的一部分，完成交通控制并指挥AGV到达目的地址，完成移载任务。分散控制系统适用于AGV数量较多且复杂的AGVS。第八章 物料自动储运系统59v 传输命令方式 向AGV传输命令有两种方式：v 人工命令 通过小车上的键盘用人工对其进行编程；或通过远距离控制装置（如控制分站、地面控制器等）上的键盘用人工对小车进行编程。 v自动传输命令 由上级控制装置给出命令；或按出租车原理接受命令，即AGV不停地沿导引回路行驶，依次经过每一个工作站，如果AGV经过某一个有负载需要装运的工作站时，它便装上负载并继续向前行驶，把负载输送到它的目的地。 第八

34、章 物料自动储运系统60vAGV的应用代替传统的人工搬运的方式，大大促进了企业的技术进步，改善工作条件和环境，提高自动化生产水平，有效地解放劳动生产力，减轻工人的劳动强度，缩减人员配备，优化生产结构，节约人力、物力、财力，创建人机友好、和谐宜人、科学文明的生产环境。 第八章 物料自动储运系统61v8.3.4 AGV的评价项目 v1. 安全性 (障碍物接触式缓冲器 、障碍物接近检测装置 、自动装卸货物的执行机构的安全保护装置 、警报装置 、自动运行指示灯、急停装置、状态监视装置 )v2. 扩展性 v3. 定位精确 v4. 故障率和可维护性 v5. 售后服务 v6. 价格 第八章 物料自动储运系统

35、6284 搬运机器人 v通常所说的工业机器人工业机器人是指能模拟人的手、臂的部分动作，按照预定的程序轨迹及其它要求，实现多种作业的自动化装置，其典型应用是点焊、喷漆、装配及物料传输与装卸。其中，用于物料传输与装卸的搬运机器人在制造自动化系统中得到了日益广泛的应用。 第八章 物料自动储运系统63v8.4.1搬运机器人的组成及分类 v搬运机器人组成 搬运机器人一般由执行系统、驱动系统和控制系统组成。 v执行系统 用于完成物料的握取及搬运所需的各种运动，主要由手部、腕部、臂部和机身组成，有些搬运机器人为扩大物料搬运范围，还具有行走机构。驱动系统 用于向执行系统各部件提供动力。根据动力源不同，可分为液

36、压、气压和电传动三种方式。控制系统 接受并存储人的指令，控制驱动系统让执行机构按规定的要求进行工作。工业机器人的运动轨迹控制有点位控制和连续轨迹控制两种形式。对搬运机器人而言，主要关心的是执行机构应到达的位置，采用点位控制方式。 第八章 物料自动储运系统64v搬运机器人分类 搬运机器人可分为固定安装式和行走式两种类型。固定安装式搬运机器人其机身是固定的，适用于搬运距离短、工件连同夹具重量较轻的情况。行走式搬运机器人实质上是在自动搬运小车基础上发展而来的，分为有轨和无轨两类，图89所示机器人就是一种行走式搬运机器人。行走式搬运机器人可用于搬运距离较大的情况，在制造自动化系统中采用行走式搬运机器人

37、，可减少随行工作台和托板的运作，使物料储运更加灵活。 第八章 物料自动储运系统65第八章 物料自动储运系统66v8.4.2搬运机器人的运动 v执行系统是搬运机器人实现运动功能的装置。为使机器人按所需的运动次序来移动执行件，需要有六个基本运动或自由度。这6个自由度可用来模仿人手臂的各种功能动作，但并非所有机器人都需要具备全部6个自由度。这6个基本运动中三个属于臂部和机身的，另三个是腕部的，手部的抓取动作一般不考虑为自由度。 臂部运动根据自由度的不同组合，一般可分为4类，如图所示。 第八章 物料自动储运系统67v球坐标型 机器人臂部由一个直线伸缩运动，一个俯仰运动和一个回转运动组成，作业空间是一个

38、厚球壳形。具有动作灵活，占地面积小而工作时的运动范围大等特点，但结构较复杂，定位精度较低。 第八章 物料自动储运系统68v 圆柱坐标型 机器人臂部具有回转、伸缩及升降三个运动，其作业空间是一个圆柱环型。具有占地面积小而活动范围大，结构简单、紧凑，定位精度较高等优点。 第八章 物料自动储运系统69v 多关节型 由立柱和大小两个臂组成，可完成三个回转运动。其特点是工作范围大，动作灵活，通用性强，能抓取靠近机座的物体，但难以达到较高的定位精度。 第八章 物料自动储运系统70v 直角坐标型 臂部由沿x、y、z轴三个方向的运动组成，作业空间为一立方体。其特点是结构简单，定位精度高，但占地面积大而工作范围

39、小，惯性大，灵活性较差。第八章 物料自动储运系统71工业机器人的运动坐标形式及其特征比较工业机器人的运动坐标形式及其特征比较坐标形式极限作业空间惯性定位精度定向特征直观性结构特点占地面积应用情况特征及应用范围大小形状直角坐标式小立方体较大容易控制好好简单大较多适用于直移式机械手，架空方便，宜作直线传送及长方体的作业空间采用，能抓取地面上的工件并保持工件原方位圆柱坐标式较大空间柱体较大容易控制较好较好较简单较小较多适用于圆狐形轨迹作业机械手，宜作狐形传送及圆柱体作业空间采用，不能抓取地面上工件，能改变工件一个轴向的方位，不宜作直线传送球坐标式大扇形截面旋转体较小不易控制差差较复杂较小较多能抓取地

40、面上工件。能改变工件两个轴向的方位，适用于扇形截面的回转体作业空间，不宜作直线传送，经简化自由度即成平面级坐标式多关节式大球体较小不易控制差差复杂小少臂能折叠，能抓取地面上的工件并传送到任意方向，宜作复杂动作，能改变工件三个轴向的方位复合坐标式大柱体较大不易控制差差复杂较小少能扩大作业范围，并具有各类运动坐标形式的部分特点，适合用于多工位的移动式作业及科学探索等情况第八章 物料自动储运系统72v机器人的腕部是联接手和臂部的部件，用以支承手部，为使手部处于空间任意方向，腕部由三个回转轴组成，完成扭转、偏摆和弯曲三个动作。 第八章 物料自动储运系统73v球坐标型机器人，其六个基本运动为：垂直往复运

41、动 整个臂部绕一个水平轴在垂直方向上作俯仰运动。径向往复运动 臂部的伸缩运动。往复转动 绕垂直轴的旋转运动（机器人臂部向右旋转或向左旋转）。腕的旋转 腕部的转动。腕的弯曲 腕的上下运动，也包括腕的转动。腕的偏转 腕的左转或右转。 对于行走式搬运机器人，由于增加了整机的运动，从而增加了机器人的自由度。 第八章 物料自动储运系统74v8.4.3搬运机器人控制系统 v控制系统是机器人的重要组成部分，其作用类似于人脑，用于控制机器人手部、腕部、臂部及行走机构等的动作，并协调机器人与生产系统之间的关系。主要控制内容包括动作的顺序、动作的位置及路径，动作的时间等 第八章 物料自动储运系统75v 控制系统采

42、用分级控制，如图8-18，其中 作业控制部分 v运动控制部分 v驱动控制部分 第八章 物料自动储运系统76v作业控制部分 v根据控制程序对每步动作的时间及顺序、程序步进的条件、各步动作的内容（位置、速度、轨迹等），依次发出相应的作业指示，并随时对制造系统发来的外部信号进行处理。 第八章 物料自动储运系统77v运动控制部分 v 其作用是接受作业控制器来的程序指令，将其变换为各运动轴的动作指令，送给驱动控制器控制各轴的运动。运动控制包括位置控制和速度控制两方面内容。机器人的位置控制方式有点位控制和连续轨迹控制两种方式。对于在物料自动储运系统中执行搬运任务的机器人而言，主要关心的是执行机构所应到达的

43、位置，一般采用简单的点位控制方式。对于开关控制方式的控制器而言，两点控制可采用挡铁，行程开关等定位；三点控制可采用活塞（或电磁铁）控制的可动挡块和行程开关定位；多点控制则采用装有位置检测元件的闭环伺服控制机构或数控开环机构。速度控制重要的是实现自动加减速控制，以保证运动快速、平稳，避免定位时产生冲击。机器人一个行程的速度时间曲线。在开关控制系统中，一般采用节流阀减速发出指令关闭油路进行定位，或减速后保证一定的驱动压力使运动部件压紧在挡块上定位。在数控开环系统中，靠改变脉冲频率实现加速或减速。在闭环伺服系统中，按照存储在电控装置中的指令，控制运动部件的运动速度和实现加、减速。 第八章 物料自动储

44、运系统78v驱动控制部分 v机器人的每一个自由度都具有相应的驱动机构，因此，对应每个运动坐标轴都有一个驱动控制器控制其相应的动作。 第八章 物料自动储运系统79第八章 物料自动储运系统80v搬运机器人为实现搬运任务，经常对其提出堆列功能和手的姿势控制功能要求： v堆列功能 对于重复加工的大量工件，机器人要有规律地抓取，也要在有效面积内堆放整齐，机器人会自动执行直列形、扇形和格子形等堆列功能。手的姿势控制功能 对于机器人的手控制来说，除了位置要求外，还要控制手的姿势。如让机器人搬运零件，当抓取和堆放零件时，需控制手应到达的位置；而当机器人抓住零件在空间作直线运动时，需要对手保持一定的姿势。 第八

45、章 物料自动储运系统81v8.4.4 搬运机器人的编程 v机器人的编程方法较多，主要有示教编程和离线编程两类。v 示教编程 对于点位控制的搬运机器人，最常用的编程方法是手动示教。示教时手动操作使机器人的每个运动轴动作，直至所有轴的运动组合产生机器人所需的位置为止，这些运动轴的动作命令是由操作者通过控制盒上的一系列按键输给机器人的。在到达需要的位置后，操作者就将这一点的各坐标值贮存在机器人的存储器中。这个过程对于每一个点都要做一次。再现这些存储点时，每个轴都以它的最大速度运动直至到达它的新坐标位置为止，因此，有些轴将在其它轴之前到达坐标位置，机器人手部在坐标点之间的运动路线是不可控制的。 v 离

46、线编程 离线编程就是离线为机器人编程。在计算机终端上编程是为机器人离线编程的典型方式。程序准备好以后输入机器人存储器以备工作中使用。离线编程不仅不影响机器人的正常工作，而且可将机器人集成到CAD/CAM数据库和信息系统中，操作对象的几何形状、表面情况、抓取位置等信息都可从中央CAD数据库中获得。 第八章 物料自动储运系统8285 自动化仓库系统 （AS/RS-Automated Storage and Retrieval System） v自动化仓库系统自动化仓库系统是在不直接进行人工处理的情况下，能自动地存储和取出物料的系统。在制造自动化系统中，自动化仓库与物料搬运系统紧密结合组成完整的物料

47、储运系统，根据计算机管理系统的信息适时地供给或存取各工位所需物料。v其主要优点是: 1、高层货架存储。节约用地，充分利用库房空间增大存储量; 2、自动存取。收发准确迅速，提高入出库效率，机械自动化作业解放人力，减小劳动强度；3、计算机控制。自动对信息进行准确的存储和管理，自动打印各种报表。 第八章 物料自动储运系统83v8.5.1自动化立体仓库的结构及作业流程 v自动化仓库有多种形式，其中应用最广、适用性较强的是单元货格式立体仓库。单元货格式立体仓库系统主要由 v货架v 巷道堆垛起重机 v出入库装卸站、v控制计算机等组成 第八章 物料自动储运系统84第八章 物料自动储运系统85v货架v高速运转

48、，操作简单，充分利用空间。最适合大规模储存货物的高效自动仓库。v货架 沿仓库宽度方向分成若干排，每排货架沿仓库纵长方向分为若干列，沿垂直方向又分为若干层，从而形成大量货格，用以储存货物。每个货格赋以一个“地址”，这些“地址”对应于控制计算机中的一些“单元”，当货格中的货物发生变化时，单元中的内容也随之变化。零件一般装在托板上或货箱内存入货格，通常每个货格存放一个货箱或托板。每个货格存放的零件或货箱的重量一般不超过1吨，尺寸大小不超过1，过大、过重的零件因搬运提升困难，一般不采用立体仓库。 第八章 物料自动储运系统86v堆垛起重机 v是立体仓库的主机，在计算机控制下完成物料的入库和出库作业。图8

49、21是一种适用于中小型零件的堆垛起重机，能在三个相互垂直的方向上（水平行走、垂直升降和货叉伸缩）按一定的顺序组合进行往复运动。堆垛机上装有检测水平行走（）和升降高度的传感器，辩认货位的位置和高度，按指定的地址将巷道口入库台上的货物送入货格内，或将指定货格中的物料取出送至巷道口的出库台上。堆垛起重机的数据通讯与供电系统采用滑接输送，使用标准工业控制接口板与计算机接口。 第八章 物料自动储运系统87v自动化立体仓库的作业主要是入库作业和出库作业 ，一般情况下入库和出库都布置在巷道的某一端，有时也可设计成由巷道的两端入库和出库。入库作业 是将托板从生产线上转送到入库输送机，在入库口由条形码阅读器取其

50、品名编码，而且由人将数量和日期输给微型计算机。微型计算机根据托板的存放原则，确定该托板的存放货格，并控制输送机把它转移到所指定的堆垛起重机的入出库站，然后再控制堆垛起重机把该托板存放到所指定的货格上。与此同时，微型计算机把该托板的品名、数量、入库作业日期和存放货格的地址存储起来。出库作业 是把出库品名和数量输给微型计算机，随之即按某种取货原则（通常采用先入先出方式）进行出库。即微型计算机控制堆垛起重机按照出库指令取出所要的托板并移至转轨站，接着微型计算机控制输送机把该托板直接送到出库口（整个托板货物出库时），或者送到拣选场（只是托板上的一部分数量的货物出库时）。被送到拣选场的托板，由人工拣选必

51、要数量的物件后送到出库口，剩下的再入库，这时品名和数量都要作为新数据而进行再入库作业，这种系统是把托板作为入出库的处理单位，托板内产品数量的增减采取在拣选场上由人工进行。 入库和出库作业流程图如图823所示 第八章 物料自动储运系统88v8.5.2 自动化立体仓库的计算机控制 v自动化立体仓库的计算机控制应实现仓库管理自动化（包括对货箱、帐目、货格及其它信息管理的自动化）和入库出库作业自动化（包括货箱零件的自动识别、自动认址、货格状态的自动检测以及堆垛机各种动作的自动控制）。主要功能有：v 信息的输入及预处理v 计算机管理系统 v 各机电设备的计算机控制 第八章 物料自动储运系统89v信息的输

52、入及预处理v包括对货箱进行条形码的识别，认址检测器、货格状态检测器信息的输入，以及对这些信息的预处理。在货箱或零件的适当部位，贴有条形码，当货箱通过入库运输机滚道时，用条形码扫描器自动扫描条形码，将货箱零件的有关信息自动录入计算机中。在有干扰的工业环境中，条形码有一定的容错能力，工作可靠。认址检测器通常采用脉冲调制式光源的光电传感器。为了提高可靠性，可采用三路组合，向控制机发出的认址信号以三取二的方式准确判断后，再控制堆垛机停车、正反方向和点动等动作。货格状态检测器，可采用光电检测方法，利用货箱零件表面对光的反射作用，探测货格内有无货箱。这种探测方法反应速度快，非接触方式，抗干扰能力强，准确可

53、靠。 第八章 物料自动储运系统90v计算机管理系统v它是全仓库进行物资管理、帐目管理、货位管理及信息管理的中心。入库时将货箱“合理分配”到各个巷道作业区，以提高入库速度；出库时能按“先入先出”的原则，或其它排队原则出库。同时还要定期地或不定期地打印报表。当系统出现故障时，还可以通过总控制台的操作按钮进行运行中的“动态改帐及信息修正”，并判断出发生故障的巷道，及时封锁发生机电故障的巷道，暂停该巷道的出入库作业。 第八章 物料自动储运系统91v 各机电设备的计算机控制 v 包括堆垛机的计算机控制、入库运输机的计算机控制等。堆垛机的主要工作方式是入库和出库。从通讯监控机得到作业命令后，并在屏幕上显示作业的目的地址和运行地址、显示实际水平移动速度和垂直升降速度的大小、方向。显示伸叉方向及堆垛机的运行状态。工作方式和顺序一般都是随意安排。为安全行驶、控制系统还要考虑货叉站报警。取货无箱报警、存货站位报警。报警的软件处理：如发生存货站位报警时，应将货叉上的货箱改存到另外指定的货格中。系统还应有暂停功能，以备堆垛机或其它机电设备发生短时小故障时，暂时停止工作。故障排除以后，系统仍继续运行。同时控制系统还应具有变速控制，可选择合理的速度快速安全地接近目的地，然后慢速到位以保证位置控制精度在10