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自动导引车

自动导引车（Automated Guided Vehicle，AGV）是一类轮式移动机器人，[1]沿着地板上的导线或标记块或磁条运动，或者通过视觉导航或激光导航。多用于工业生产，在车间、仓库运输货物。[2]随着工业4.0浪潮，得到了更大重视。

自动导引车
叉车AGV从货架上取下货物(全自动)
VNA AGV沿着轴运动，可用于极小侧面净空。
Side Clamp AGVs能拿起未放在货盘上的货物
AGV既可手动也可自动控制
AGV可编程做很多任务
AGV运输爆炸品
Flat AGV运输超重物
曲线夹具使得这类AGV拿起纸卷并送往生产车间

历史

1954年，美国伊利诺伊州諾斯布魯克的巴雷特电子公司（Barrett Electronics Corporation）发明了世界上第一种AGV[3]，是一架沿着地板上的线缆运行的拖车，並在美国南卡羅萊納的Mercury Motor Freight公司仓库内投入运营，用于实现货物出入库時的自动搬运。巴雷特随后又开发了一种沿着地板上不可见的紫外线标记块运行的AGV，用于在芝加哥西尔斯大厦办公楼层递送邮件。当时称為无人驾驶车（driverless vehicle），至1980年代才有AGV (Automatic Guided Vehicle)这个名詞。

 
芝加哥西尔斯大厦邮件AGV

1983年，巴雷特电子公司被Savant Automation并购。

美国累计安装了约3000套AGV系统，包含1台至100台AGV不等。约6家制造商提供了约80%产量，其余20%产量由约12家制造商提供。

导航

电磁感应导引

电磁感应导引(wire guidance)在地板上挖出一条沟槽，里面埋设电线。当高频电流流经导线时，导线周围产生电磁场，AGV上左右对称安装有两个电磁感应器，它们所接收的电磁信号的强度差异可以反映AGV偏离路径的程度。也叫做electromagnetic path-following system。

磁带导引

使用磁带（magnetic tape）或彩条导引的低成本的AGV，也称作Automated Guided Cart (AGC)。 磁条的极性转换还可以编码信息给AGV使用。

激光制导

使用激光制导的AGV称作laser guided vehicle (LGV)。在墙壁、柱子或固定设备上安装反光片。AGV发射并接受激光，根据反光的视线（line of sight）角度（有时还用距离）与事先存储的反光片地图比较，按照三角测量学来定位。

惯性导航

惯性导航与嵌在地板上的应答机配合以修正惯导的精度漂移。误差不超过±1 inch.[4]

惯性技术可用于任何环境，如极端温度。[5]也可用磁标记来矫正惯导漂移。[6]

 
[1] Unit-load AGV using natural-features navigation to carry steel to quality assurance lab

自然寻的导航

自然寻的导航（Natural Features or Natural Targeting Navigation）使用深度探测器，如激光深度探测器，以及惯导设备，用蒙特卡洛/马尔科夫定位技术来自主定位并动态计算到目的地的最短许可路径。[7]

视觉导航

视觉导航（Vision-Guided）不需要改变环境。使用Evidence Grid基于概率的体识别技术。通过立体相机，360度成像建立3D地图。

地理导航

地理导航（geoguided）AGV可以在没有任何先验信息情况下识别环境，检测与辨识柱子、货架、墙面等，以判定自身位置，实时确定行进路线，拾取(pick-up)放下(drop-off)的位置。

转向控制

AGV使用多种转向控制系统。[8]

最常用的是差速驱动控制（Differential driving）。但不适用于牵引式AGV，因为转向时，被拖车节可能发生推着牵引车的Jackknifing（英语：Jackknifing）现象。

其次是舵轮驱动控制（Steering driving）。适用于牵引车或者必要时人控转向。

也可以是上述两种方法的混合。能沿任何方向前进。 因此AGV按照行走方式分：单向、双向、全向（Quad motion）等。

较新的方法是使用麦轮全向行驶。

路径决策

如果是线导或磁条导航，沿着确定路线行进。如果是激光导航，一般会预编程几条路径，AGV行进到决策点选择继续沿哪条路径前进。

交通控制

有多台AGV工作时，需要交通控制以免拥堵或者碰撞。本地方法使用区域控制、前向感知控制、组合控制；服务器方法统一调度各AGV的路径。[9]

区域控制

在一个区域设置一个无线电发射装置。当区域空闲时，发出“clear”信号，任何AGV可以进入区域。当区域被一台AGV占用时，发出“Stop”信号。

前向感知控制

 
Forklift AGV with safety laser sensors. (fully automated.)

前向感知控制是在AGV前部安装声学（超声）[10] 、光学（红外）或物理接触传感器。

组合控制

区域控制与前向感知控制一起使用。

系统管理

AGV涉及物流调度系统、AGV地面控制系统及AGV车载控制系统。

地面控制系统（Host control system）主要是指固定设备（Stationary equipment）、服务器，负责任务调度(Order schedule)、车辆分派(AGV dispatch)、地图（Layout）规划、路径搜索（Route search）、交通管理（Traffic control）、自动充电（Auto charging）等功能；

车载控制系统（Onboard control system）负责AGV的导航（Navigation）计算，导引（Guidance）实现，车辆行走（Driving），装卸操作等功能。AGV有三种常见人机交互方式：

  • 定位面板
  • 彩色显示器
  • 日志服务器

车辆类型

  • 牵引车（Towing Vehicle或tugger）是最早使用的类型。不承载或不完全承载处理对象的重量。拖带多节拖车组成列车行进。
     
    AGV拖车牵引多台车箱组成列车运行。
 
AGV拖车牵引多台车箱在仓库运行
    • 拖拽式
    • 潜入式
  • 搬运型AGV：完全承载处理对象的重量
    • 背负式AGV（Unit Load Vehicles）装备了载货甲板（deck）。在AGV车体上放置托盘、料架、料箱等货物进行搬运。
       
      Unitload AGV (dual)
  • 驮举式AGV（Pallet Truck）:车身低矮、承载量大。通过驮举来移载物料 ，移载机构位于 AGV 车体上方，作业时 AGV 停在货物正下方，通过升降机构驮起或降下实现架装荷载(palletized load)的移载。
  • AGV叉车(Forklift AGV)
     
    AGV叉车带Stabilizer Pad

应用

  • 运送原材料[11]
  • 生产运输[12]
  • 货盘处理[13]
  • 成品处理
  • 拖车装载[14][15]
  • 卷轴处理（如纸卷、带钢卷等）[16]
     
    Roll Clamp AGV
  • 集装箱处理
     
    Container terminals showing a container being loaded onto an unmanned automated guided vehicle

应用行业

 
[2] （页面存档备份，存于互联网档案馆） 一台叉车AGV运输一货盘成品。
 
[3] （页面存档备份，存于互联网档案馆） 一台背载AGV运输带钢卷

电池充电

常用方法：[17]

  • 人工更换电池
  • 自动/机会充电
  • 自动交换电池

参考文献

  1. ^ 中华人民共和国国家标准GB/T 20721-2006《自动导引车通用技术条件》
  2. ^ ANSI/ITSDF B56.5-2012 《Safety Standard for Driverless, Automatic Guided Industrial Vehicles and Automated Functions of Manned Industrial Vehicles》，the standard is a guide to safety requirements for system suppliers, manufacturers, purchasers and users for the design, construction, application, operation and maintenance of unmanned guided industrial vehicles and automated functions of manned industrial vehicles.
  3. ^ When were automatic guided vehicles first developed?. [2017-08-12]. （原始内容存档于2017-09-22）. 
  4. ^ “The Basics of Automated Guided Vehicles” （页面存档备份，存于互联网档案馆）. AGV Systems. Savant. 5 March 2006
  5. ^ "Guidance options for AGVs" （页面存档备份，存于互联网档案馆） Jervis B. Webb Company, 2007.
  6. ^ "Inertial (Magnet)Navigation" （页面存档备份，存于互联网档案馆） Egemin Automation Inc., 2014.
  7. ^ Specifications for Platforms (PDF). [2017-08-12]. （原始内容存档 (PDF)于2016-03-04）. 
  8. ^ AGV Drive and Steering Options 互联网档案馆的存檔，存档日期December 7, 2011，. Transbotics Corp., 2009
  9. ^ Olmi, Roberto. Traffic Management of Automated Guided Vehicles in Flexible Manufacturing Systems. Ferrara (Italy): University of Ferrara. 2011 [2017-08-12]. （原始内容存档于2017-02-23）. 
  10. ^ “Sonar sensor and mounting” （页面存档备份，存于互联网档案馆）. University of Birmingham. 5 March 2006
  11. ^ "Common AGV Applications: Raw Material Handling" （页面存档备份，存于互联网档案馆） JBT Corporation. 18 March 2009
  12. ^ "Work in Process Movement with AGVs" （页面存档备份，存于互联网档案馆） JBT Corporation. 18 March 2009
  13. ^ "Pallet Handling AGVs" 互联网档案馆的存檔，存档日期2014-02-02. JBT Corporation. 18 March 2009
  14. ^ "Automated Trailer Loading AGVs" （页面存档备份，存于互联网档案馆） JBT Corporation. 18 March 2009
  15. ^ "Automatic Trailer Loading Solutions" （页面存档备份，存于互联网档案馆） Egemin Automation Inc., 2014
  16. ^ "Common AGV Applications: Roll Handling" （页面存档备份，存于互联网档案馆） JBT Corporation. 18 March 2009
  17. ^ “Battery Charging Systems for Automated Guided Vehicles” （页面存档备份，存于互联网档案馆）. AGV Battery Charging Systems. Egemin Automation Inc. 26 October 2006
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