汽车制造物流技术 课件 -任务15-生产智能物流设备AGV及关键技术

汽车制造物流技术主讲教师：任务15生产智能物流设备AGV及关键技术目录15.1生产过程的智能物流15.2生产智能物流设备AGV及关键技术15.1

生产过程的智能物流一、智能物流的概念智能物流是利用集成智能化技术，使物流系统能模仿人的智能，具有思维，感知，学习，推理判断和自行解决物流中某些问题的能力。四个特点：智能化层次化柔性化社会化

这是基于GPS卫星导航定位技术、RFID（射频识别）技术、传感技术等多种技术，在物流过程中实时实现车辆定位、运输物品监控、在线调度与配送可视化与管理的系统。目前，初级的应用比较普遍。智能物流物流过程可视化智能管理网络系统智能物流与企业的关系2015年开始：工业4.0第一次工业革命是水和蒸汽动力带来的机械化。第二次工业革命是电力的使用使大规模生产成为可能。电子工程和IT技术的采用，以及它们带来的生产自动化。第一次工业革命第二次工业革命第三次工业革命第四次工业革命，对于大多数企业来说，向工业4.0的转变将是一个渐进的演变，而非一种迅速的革命。工业4.0智能工厂互联网+工业=“智”造良机工业4.0的关键是智能工厂和智能物流中国版的“工业4.0”规划—《中国制造2025》正式发布，宣布中国将于2025年迈入制造强国行列。二、生产智能物流升级要素智能仓储管理升级立体仓储巷道堆垛机穿梭车往复式提升机支撑设备立体仓储、牛腿式货架、挂板式货架、横梁式货架、巷道堆垛机、穿梭车、链式输送机、托盘拆/码盘机、往复式提升机、连续式提升机、托盘整形机、托盘转辙机构等……实现供应链全方位管理二、生产智能物流升级要素智能化产线改造升级支撑设备托盘输送机AGV自动引导车滚筒输送RGV穿梭车料箱和货柜输送系统、托盘输送机、转向系统、悬挂输送、AGV自动引导车、RGV穿梭车、滚筒输送、弯送输送机、带式输送机、带式输送机、螺旋输送机等……让企业生产管理更高效二、生产智能物流升级要素挑选设备及系统改造升级生产制造执行可视化管理企业资源管理（ERP）全自动系统15.2生产智能物流设备

AGV及关键技术目标1.认识AGV系统2.掌握AGV关键技术中国每年要产生约300亿件快递包裹，如何将包裹快速分拣配送，归功于这些“小黄车”科技是第一生产力，提高效率，降低成本一、认识AGV1.什么是AGV?自动导引小车（AutomatedGuidedVehicle）的英文缩写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小车；第一代：20C70SAGV(导引技术）第二代：2008KIVA(地标技术）第三代：2014自主移动(环境判断）

2.AGV应用场景物流仓储烟草、医药、食品、化工危险场所和特种行业港口码头机场生产制造2.1

制造业

AGV在制造业的生产线中大显身手，高效、准确、灵活地完成物料的搬运任务。并且可由多台AGV组成柔性的物流搬运系统，搬运路线可以随着生产工艺流程的调整而及时调整，使一条生产线上能够制造出十几种产品，大大提高了生产的柔性和企业的竞争力。1974年瑞典的Volvo

Kalmar轿车装配厂为了提高运输系统的灵活性，采用基于AGVS为载运工具的自动轿车装配线，该装配线由多台可装载轿车车体的AGVS组成，采用该装配线后，装配时间减少了20%，装配故障减小39%，投资回收时间减小57%，劳动力减小了5%。目前，AGV在世界的主要汽车厂，如通用、丰田、克莱斯勒、大众等汽车厂的制造和装配线上得到了普遍应用。近年来，作为CIMS的基础搬运工具，AGV的应用深入到机械加工、家电生产、微电子制造、卷烟等多个行业，生产加工领域成为AGV应用最广泛的领域。2.2

邮局、图书馆、港口码头和机场在邮局、图书馆、码头和机场等场合，物品的运送存在着作业量变化大，动态性强，作业流程经常调整，以及搬运作业过程单一等特点，AGV的并行作业、自动化、智能化和柔性化的特性能够很好的满足上式场合的搬运要求。瑞典于1983年在大斯得哥尔摩邮局、日本于1988年在东京多摩邮局、中国在1990年于上海邮政枢纽开始使用AGV，完成邮品的搬运工作。在荷兰鹿特丹港口，50辆称为“yard

tractors”的AGV完成集装箱从船边运送到几百码以外的仓库这一重复性工作。2.3

烟草、医药、食品、化工对于搬运作业有清洁、安全、无排放污染等特殊要求的烟草、医药、食品、化工等行业中，AGV的应用也受到重视。在国内的许多卷烟企业，如青岛颐中集团、玉溪红塔集团、红河卷烟厂、淮阴卷烟厂，应用激光引导式AGV完成托盘货物的搬运工作。

2.4

危险场所和特种行业在军事上，以AGV的自动驾驶为基础集成其他探测和拆卸设备，可用于战场排雷和阵地侦察，英国军方正在研制的MINDER

Recce是一辆侦察车，具有地雷探测、销毁及航路验证能力的自动型侦察车。在钢铁厂，AGV用于炉料运送，减轻了工人的劳动强度。在核电站和利用核辐射进行保鲜储存的场所，AGV用于物品的运送以及辐射强度信号检测，避免了危险对人员的辐射。在胶卷和胶片仓库，AGV可以在黑暗的环境中，准确可靠的运送物料和半成品。

3.AGV关键技术导航技术驱动技术通信技术控制技术（1）有线通讯

（2）红外光通讯

（3）无线电通讯

（4）无线局域网电磁导航、磁带导航、光学导航、惯性导航、激光导航、视觉导航、GPS导引3.1、主流AGV的导航技术AGV之所以能够实现无人驾驶，导航和导引对其起到了至关重要的作用，随着技术的发展，目前能够用于AGV的导航（导引）技术主要有以下几种：电磁导航、磁带导航、光学导航、惯性导航、激光导航、视觉导航、GPS导引等。3.1.1电磁导航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。3.1.1电磁导航原理1.电磁感应传感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。3.1.2

磁带导航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，易被污染对机械损伤极为敏感，因此导引的可靠性受外界因素影响较大。适合于环境条件较好，地面无金属物质干扰的场合，或者将磁带上表面敷设环氧地坪以做保护。3.1.3光学导航光学导引技术

是在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航。光学导航其灵活性比较好，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，导航可靠性较差，且很难实现精确定位。3.1.4惯性导航惯性导引技术

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信号的综合计算及地面定位块信号的采集来确定自身的位置和方向，从而实现导航。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，已被众多AGV生产厂家采用。3.1.5激光导航激光导引是在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。(X1,Y1)

1

3

2(X2,Y2)(X3,Y3)(X4,Y4)1．AGV的初始位置计算

AGV小车停止不动；

激光扫描器至少可测得4条光束，即至少“看到”4块反射板；

已知所有反射板的精确位置（X，Y）；2．AGV的连续位置计算

根据运动模型估算小车的当前位置

根据估算的新位置关联反射板

根据关联的反射板修正自身位置，据此修正AGV下一步动作。3.1.5激光导航原理3.1.6视觉导航视觉导引是基于视觉的QR码定位技术:对于二维码子系统，其中存储该二维码正对的地面的坐标信息。AGV通过自身的高分辨率长焦摄像头对二维码进行读取和识别，同时通过二维码图像在摄像头坐标中的旋转情况，与电子罗盘数据进行融合，可以确定AGV的精确朝向。综合二维码编码的信息和其在图像中的位置信息，可以对AGV小车进行完整的定位。此项技术最大的优点是，AGV定位精确，地面只需安装二维码标贴；成本较高。激光SLAM技术：(simultaneouslocalizationandmapping)SLAM可以分为激光SLAM和视觉SLAM，即时定位与建图：利用多传感器融合算法求解出一个精确的机器人位置和完整地图专注激光SLAM技术：斯坦德机器人：CEO王永锟2020年“国家高新技术企业”2020年“德国红点设计奖”2019年“胡润Under30s创业领袖”我国智能制造转型升级的急先锋2016年由哈尔滨工业大学毕业生王永锟等成立专注的力量大到不可想象，不积跬步无以至千里4、主流AGV的驱动技术4.1单驱动用于三轮车型：一个驱动兼转向轮，两个固定从动轮（分布在车体轴线的两边）。这种车型可以前进、后退、左右转弯（转角小于90°）。因三轮结构的抓地性好，对地表面要求一般，适用于广泛的环境和场合。4.2

差速驱动常见有三轮和四轮两种车型：两个固定驱动轮（分布在车体轴线的两边），一个（三轮车型）或两个（四轮车型）从动自由轮，转弯靠两个驱动轮之间的速度差实现。这种车型可以前进、后退、左右转弯（转角大于90°）、原地自旋，转弯的适应性比单驱动强。若是三轮车型，对地表面的适用性和单驱动类似。若是四轮车型，因容易造成其中某一个轮悬空而影响导航，故对地表面平整度要求苛刻，适用范围受到一定限制。4.3双舵轮驱动双舵轮驱动属于全方位驱动转向系统，两个车轮都既装有驱动电机又装有转向电机及其动力传动装置，此车轮被称为可操舵驱动轮，如上图所示，它兼有方位驱动和回转驱动，两轮与车架通过承重回转支承（可以是承重轴承）活连接，其他车轮为随动轮，起承重作用。市场上合装AGV上大多采用该结构形式。4.4双差速驱动双差速驱动转向结构属于全方位驱动转向系统，也就是有两组差速驱动转向装置，每组通过承重回转支承（可以通过轴承实现）与车体相连，每个车轮装备一个驱动电机，其他为随动轮，起承重平衡作用，如上图所示。对于这种结构，由于控制器不可能完全精确，车辆在运动过程中会产生车轮滑移、震动、有“咔咔”声，JohannBorenstein等又提出柔顺性连接（compliant-linkage），车轮组与车体通过一个滑动副连接，这样就增加一个自由度，解决了车轮滑移震动的问题。4.5麦克纳姆轮驱动麦克纳姆轮是瑞典麦克纳姆公司的专利。它突破传统轮系的特性即只能向前或向后运动，基于全方位转向原理可以使车辆在平面以任意角度运动。它之所以可以实现此运动起关键作用的是其结构上的改进。麦克纳姆轮在车轮的轮毂外缘按一定45°方向均匀分布多个被动的辊子，辊子的母线很特殊，当轮子绕着固定的轮心轴转动时，各个辊子的包络线为圆柱面，所以该轮能够连续平稳地向前滚动。考虑单个车轮作为整体其运动速度与车轮纵向平面呈一定角度，由于每个车轮均有这个特点，那么经过适当组合，包括车轮的轮速和旋转方向，就可以实现车体的全方位移动和原地转向运动。4.5麦克纳姆轮AGV5、主流AGV的控制技术5.1AGV控制系统结构5.1.1电磁导引AGV系统结构5.1.2磁带导引AGV系统结构5.1.3惯性导引AGV系统结构5.1.4激光导引AGV系统结构5.2

上位控制系统硬件配置打印设备监控计算机BUS自动充电装置无线数字通讯主控计算机I/O通讯接口其他外部设备5.3上位系统开发平台软件模块路径规划设计段表点表操作代码交通管理导引方式移载方式环境条件导引方式移载方式任务条件应用程序设计上位系统运行平台5.4上位系统运行平台软件模块结构5.5车载控制系统硬件配置6、主流AGV的通信技术（1）有线通讯

可利用导引线实现载波通讯，