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1、AGV的前世今生5100字
在自動化物流系統(tǒng)中,AGV最能充分地體現(xiàn)其自動性和柔性,實現(xiàn)高效、經(jīng)濟、靈活的無人化生產(chǎn),所以人們形象地把它稱作“現(xiàn)代物流系統(tǒng)的動脈”。
AGV是自動導(dǎo)引運輸車(Automated Guided Vehicle)的英文縮寫。是指裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)引裝置,能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛,具有安全保護以及各種移載功能的運輸車。AGV屬于輪式移動機器人(WMR――Wheeled Mobile Robot)的范疇。說到輪式移動機器人大家可能就明白了,比如我們所熟知的代表輪式移動機器人最高水平的美國宇航局(NASA)的火星車
2、“勇氣號”。
AGV以電池為動力,并裝有非接觸導(dǎo)航(導(dǎo)引)裝置,可實現(xiàn)無人駕駛的運輸作業(yè)。它的主要功能表現(xiàn)為能在計算機監(jiān)控下,按路徑規(guī)劃和作業(yè)要求,精確地行走并停靠到指定地點,完成一系列作業(yè)功能。
AGV以輪式移動為特征,較之步行、爬行或其他非輪式的移動機器人具有行動快捷、工作效率高、結(jié)構(gòu)簡單、可控性強、安全性好等優(yōu)勢。與物料輸送中常用的其他設(shè)備相比,AGV的活動區(qū)域無需鋪設(shè)軌道、支座架等固定裝置,不受場地、道路和空間的限制。因此,在自動化物流系統(tǒng)中,AGV最能充分地體現(xiàn)其自動性和柔性,實現(xiàn)高效、經(jīng)濟、靈活的無人化生產(chǎn),所以人們形象地把AGV稱作“現(xiàn)代物流系統(tǒng)的動脈”。
發(fā)展
3、歷史
AGV扮演物料運輸?shù)慕巧呀?jīng)50多年了。第一輛AGV誕生于1953年,它是由一輛牽引式拖拉機改造而成的,帶有車兜,在一間雜貨倉庫中沿著布置在空中的導(dǎo)線運輸貨物。到上世紀五十年代末到六十年代初時,已有多種類型的牽引式AGV用于工廠和倉庫。
20世紀70年代,基本的導(dǎo)引技術(shù)是靠感應(yīng)埋在地下的導(dǎo)線產(chǎn)生的電磁頻率,通過一個叫作“地面控制器”的設(shè)備打開或關(guān)閉導(dǎo)線中的頻率,從而指引AGV沿著預(yù)定的路徑行駛。
20世紀80年代末期,無線式導(dǎo)引技術(shù)引入到AGV系統(tǒng)中,例如利用激光和慣性進行導(dǎo)引,這樣提高了AGV系統(tǒng)的靈活性和準確性,而且,當需要修改路徑時,也不必改動地面或中斷生產(chǎn)。這些
4、導(dǎo)引方式的引入,使得導(dǎo)引方式更加多樣化了。
從20世紀80年代以來,自動導(dǎo)引運輸車(AGV)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中最大的專業(yè)分支之一,并出現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的趨勢,成為現(xiàn)代化企業(yè)自動化裝備不可缺少的重要組成部分。在歐美等發(fā)達國家,發(fā)展最為迅速,應(yīng)用最為廣泛;在亞洲的日本和韓國,也得到迅猛的發(fā)展和應(yīng)用,尤其是在日本,產(chǎn)品規(guī)格、品種、技術(shù)水平、裝備數(shù)量及自動化程度等方面較為豐富,已經(jīng)達到標準化、系列化、流水線生產(chǎn)的程度。在我國,隨著物流系統(tǒng)的迅速發(fā)展,AGV的應(yīng)用范圍也在不斷擴展,如何開發(fā)出能夠滿足用戶各方面需求(功能、價格、質(zhì)量)的AGV系統(tǒng)技術(shù)是未來我們必須面對的現(xiàn)實問題。
應(yīng)用
5、領(lǐng)域
AGV的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛,包括煙草、汽車制造、電子、紡織、醫(yī)療、食品、造紙等行業(yè)。
1.倉儲業(yè)
倉儲業(yè)是AGV最早的應(yīng)用場所,1954年世界上首臺AGV在美國的南卡羅來納州的Mercury Motor Freight 公司的倉庫投入運營,用于實現(xiàn)出入庫貨物的自動搬運。目前世界上約有2萬臺各種各樣的AGV運行在2100座大大小小的倉庫中。海爾集團于2000年投產(chǎn)運行立體倉庫,9臺AGV組成了一個柔性的庫內(nèi)自動搬運系統(tǒng),成功地完成每天23400件出入庫貨物和零部件的搬運任務(wù)。
2.制造業(yè)
AGV在制造業(yè)的生產(chǎn)線上大顯身手,高效、準確、靈活地完成物料的搬運任務(wù)。并
6、且可由多臺AGV 組成柔性的物流搬運系統(tǒng),托運路線可以隨生產(chǎn)工藝流程的調(diào)整而及時調(diào)整,使一條生產(chǎn)線可制造十幾種產(chǎn)品,大大提高了生產(chǎn)的柔性和企業(yè)的競爭力。目前,AGV在世界的主要汽車廠,如通用、豐田、大眾等的制造和裝配線上得到了普遍的應(yīng)用。近年來,作為CIMS的基礎(chǔ)搬運工具,AGV的應(yīng)用深入到機械加工、家電生產(chǎn)、微電子制造、卷煙等多個行業(yè),生產(chǎn)加工領(lǐng)域成為AGV應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。
3.郵局、圖書館、港口碼頭、機場
在郵局、圖書館、港口碼頭、機場等場合,物品的運送存在著作業(yè)變化大、動態(tài)性強、作業(yè)流程經(jīng)常調(diào)整以及搬運作業(yè)過程單一等特點,AGV的并行作業(yè)、自動化、智能化和柔性化的特性能夠很
7、好地滿足上述場合的搬運要求。瑞典于1983年在大斯德哥爾摩郵局,中國于1990年上海郵政樞紐開始使用AGV,完成郵品的搬運工作。在荷蘭鹿特丹港口,50輛被稱為“yard tractors”的AGV完成集裝箱從船邊運送到幾百碼以外倉庫這一重復(fù)性工作。
4.煙草、醫(yī)藥、食品、化工
在對于搬運作業(yè)有清潔、安全、無排放污染等特殊要求的煙草、食品、化工等行業(yè)中,AGV的應(yīng)用也受到重視。在卷煙行業(yè)中,如青島頤中集團、紅塔集團、紅河卷煙廠等,應(yīng)用激光引導(dǎo)式AGV完成托盤貨物的搬運工作。
5.危險場所和特種作業(yè)
在軍事上,以AGV自動駕駛為基礎(chǔ)集成其他探測和拆卸設(shè)備,可用于戰(zhàn)場排雷和陣
8、地偵察,如英國軍方正在研制的Minder Recce,這是一輛具有地雷探測、銷毀和航路驗證能力的自動型偵察車。在鋼鐵廠,AGV用于爐料運送,減輕工人的勞動強度。在核電站和利用核輻射進行保鮮儲存的場所,AGV用于物品的運送,避免了輻射的危險。在膠卷和膠片倉庫,AGV可以在黑暗的環(huán)境中,準確可靠地運送物料和半成品。
工作原理
AGV在其運行區(qū)域內(nèi),規(guī)定有通信區(qū)和非通信區(qū)。在通信區(qū)域內(nèi),AGV通過其車載通信裝置與系統(tǒng)控制計算機通信,報告其位置及狀態(tài),并接受工作指令。在非通信區(qū)域內(nèi),AGV按照小車控制器中的預(yù)定程序獨立行駛,不與系統(tǒng)控制計算機發(fā)生聯(lián)系。
其工作過程為:當接收到貨物搬運
9、指令后,小車控制器就根據(jù)所存儲的運行地圖和AGV當前位置及行駛方向進行計算、分析,選擇最佳的行駛路線,通過驅(qū)動放大器自動控制AGV的行駛和轉(zhuǎn)向,到達裝載貨物目標點準確停位后,移載機構(gòu)動作,完成裝貨過程。然后AGV啟動,駛向目標卸貨點,準確停位后,移載機構(gòu)動作,完成卸貨過程,并向控制計算機報告其位置和狀態(tài)。隨之AGV啟動,駛向待命區(qū)域。接到新的指令后再作下一次搬運。 AGV行駛過程中,車上的激光掃描頭不斷地掃描周圍環(huán)境,當掃描到行駛路徑周圍預(yù)先垂直設(shè)定好的反射板時,即“看見”了“路標”。只要掃描到三個或三個以上的反射板,即可根據(jù)它們的坐標值,以及各塊反光板相對于車體縱向軸的方位角,由定位
10、計算機算出AGV 當前在全局坐標系中的X、Y坐標,和當前行駛方向與該坐標系X軸的夾角,實現(xiàn)準確定位和定向。
如果對于AGV的工作原理還是難以理解,這里有一個非常恰當易懂的例子:
假設(shè)某市有一家出租車公司,該公司管理先進,每輛出租車都裝有全球定位系統(tǒng)(GPS),公司的監(jiān)控中心可以隨時獲得每輛出租車的位置及行駛路線信息,出租車司機還可通過無線通信設(shè)備隨時向公司匯報車輛的性能及服務(wù)狀況。
當有客戶需要乘坐出租車時,客戶可以打電話到出租車公司的客戶中心,并提供他當前的位置(A點)及目的地(B點)信息。在這里,我們可將客戶的電話理解為來自物流上位調(diào)度系統(tǒng)的需求,客戶中心理解為AGV地面
11、控制系統(tǒng),即AGV系統(tǒng)的上位控制系統(tǒng)。
客戶中心在收到客戶的信息后,可以選擇離客戶最近,又正好空閑的出租車(甲)前往A點接客,這就像AGV的地面控制系統(tǒng)進行的任務(wù)調(diào)度和車輛分配;在出租車甲前往接客的途中,客戶中心可能又發(fā)現(xiàn)有其他空閑車輛(乙)距離客戶更近,那么客戶中心將會及時通知出租車乙去接客戶,并同時取消出租車甲的任務(wù),這就像是AGV地面控制系統(tǒng)的動態(tài)任務(wù)調(diào)度??蛻糁行膶Τ鲎廛噷⒁旭偟缆返慕煌顩r也了如指掌,能夠及時通知各個司機選擇最便捷的道路行駛,該道路所需時間最短,但不一定是路程最短,因為,最近路程的道路上可能發(fā)生了交通阻塞,這就像AGV地面控制系統(tǒng)中的路徑搜索和路徑分配的功能。
12、
AGV系統(tǒng)的控制過程就類似這樣一家管理先進的出租車公司,物流上位調(diào)度系統(tǒng)、AGV地面控制系統(tǒng)和AGV車載控制系統(tǒng)分別相當于客戶、客戶中心和出租車,AGV地面控制系統(tǒng)和各臺AGV之間通過無線通信來交換信息,調(diào)度AGV的作業(yè),并為其選擇路徑(線),確保交通通暢。AGV是以電池為動力的,當電量不足時,會向地面控制系統(tǒng)發(fā)出充電請求,在得到允許后,前往充電站自動充電,在充電期間,AGV地面控制系統(tǒng)不會向此AGV分配任何任務(wù),就像出租車進了加油站不再載客一樣。
發(fā)展模式
綜合分析AGV技術(shù)的發(fā)展,一般認為AGV有兩種發(fā)展模式:
第一種是以歐美國家為代表的全自動AGV技術(shù),這類技術(shù)
13、追求AGV的自動化,幾乎完全不需要人工干預(yù)路徑規(guī)劃,能夠運用在幾乎所有的搬運場合。這種AGV功能完善,技術(shù)先進;同時為了能夠采用模塊化設(shè)計,降低設(shè)計成本,提高批量生產(chǎn)的標準,歐美的AGV放棄了對外觀造型的追求,采用大部件組裝的形式進行生產(chǎn);系列產(chǎn)品的覆蓋面廣:各種驅(qū)動模式,各種導(dǎo)引方式,各種移載機構(gòu)應(yīng)有盡有,系列產(chǎn)品的載重量可從50kg到60000kg。盡管如此,由于技術(shù)和功能的限制,此類AGV的銷售價格仍然居高不下,而在國內(nèi)有為數(shù)不多的企業(yè)可以生產(chǎn),技術(shù)水平與國際水平相當。
第二種是以日本為代表的簡易型AGV技術(shù)――或只能稱其為AGC(Automated Guided Cart),該技
14、術(shù)追求的是簡單實用,極力讓用戶在最短的時間內(nèi)收回投資成本,這類AGV在日本和臺灣企業(yè)應(yīng)用十分廣泛,從數(shù)量上看,日本生產(chǎn)的大多數(shù)AGV屬于此類產(chǎn)品(AGC)。該類產(chǎn)品完全結(jié)合簡單的生產(chǎn)應(yīng)用場合(單一的路徑,固定的流程),AGC只是用來進行搬運,并不刻意強調(diào)AGC的自動裝卸功能,在導(dǎo)引方面,多數(shù)只采用簡易的磁帶導(dǎo)引方式。由于日本的基礎(chǔ)工業(yè)發(fā)達,AGC生產(chǎn)企業(yè)能夠為其配置上幾乎簡單得不能再簡單的功能器件,使AGC的成本幾乎降到了極限。這種AGC在日本80年代就得到了廣泛應(yīng)用,2002到2003年達到應(yīng)用的頂峰。由于該產(chǎn)品技術(shù)門檻較低,目前國內(nèi)已有多家企業(yè)可生產(chǎn)此類產(chǎn)品。
行業(yè)前景
從20
15、13年的市場情況來看,AGV在中國的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣,呈現(xiàn)出了良好的發(fā)展前景。據(jù)物流專業(yè)媒體統(tǒng)計,2013年物流系統(tǒng)及裝備的市場總額是360億元,其中包括AGV在內(nèi)的智能搬運類裝備的占比為6.86%,也就是24.7億元。按此保守估計,2013年國內(nèi)AGV的市場總額約為5億元。2013年國內(nèi)AGV/AGC產(chǎn)品的銷售數(shù)量大約為1500―2000臺。
從需求行業(yè)來看,汽車制造業(yè)對AGV的需求仍然保持了旺盛態(tài)勢,AGV及AGC的應(yīng)用從總裝及主機生產(chǎn)企業(yè)延伸到了配套企業(yè),市場份額約為65%;煙草行業(yè)得益于“十二五”技改計劃的逐步落實,基本保持了原有的需求量,市場份額約為10%;在電力行業(yè),AGV作
16、為物流倉儲的配套設(shè)備,呈現(xiàn)了上升趨勢;醫(yī)藥行業(yè)由于GMP認證的推動,包括AGV在內(nèi)的物流設(shè)備需求有明顯提高;其他如造紙/印刷、食品、化工、軍事等行業(yè)對AGV的需求也較往年有了明顯的增長。
2013年,由主要AGV生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合制定的兩項國家標準――《自動導(dǎo)引車設(shè)計通則 GB/T 30029-2013》和《自動導(dǎo)引車術(shù)語 GB/T 30029-2013》正式發(fā)布,為AGV行業(yè)技術(shù)標準體系的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
2013年底,工信部在其網(wǎng)站上發(fā)布了《工業(yè)和信息化部關(guān)于推進工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》,指明了智能裝備的發(fā)展方向和市場前景:到2020年要形成較為完善的產(chǎn)業(yè)體系,使工業(yè)機器人行業(yè)
17、及其企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力和國際競爭能力明顯增強。部分省市還提出了“以空間換面積,以機器換人力”的裝備發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃。受到產(chǎn)業(yè)政策的鼓舞,各行業(yè)對傳統(tǒng)裝備的升級換代充滿了期待。
正是因為看到了AGV的市場潛力,許多企業(yè)積極研發(fā)、生產(chǎn)出了各自的產(chǎn)品。目前市場上的AGV產(chǎn)品主要分為四類:第一類,擁有國產(chǎn)自主技術(shù)的AGV產(chǎn)品;第二類,采用進口技術(shù)國內(nèi)生產(chǎn)的AGV產(chǎn)品;第三類,簡易的進口或自主技術(shù)的AGC產(chǎn)品;第四類,進入中國的歐美企業(yè)AGV產(chǎn)品。AGV系統(tǒng)技術(shù)是集光、機、電、計算機與一體的高新技術(shù),是柔性化程度極高的輸送系統(tǒng),隨著生產(chǎn)力和工業(yè)自動化水平的日益提高,物流系統(tǒng)中所蘊藏的巨大潛力將越來越引起人們的重視, AGV技術(shù)前景光明,必定會發(fā)揮越來越重要的作用。