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自動導引車

自動導引車（Automated Guided Vehicle，AGV）是一類輪式移動機械人，[1]沿着地板上的導線或標記塊或磁條運動，或者通過視覺導航或激光導航。多用於工業生產，在車間、倉庫運輸貨物。[2]隨着工業4.0浪潮，得到了更大重視。

自動導引車
叉車AGV從貨架上取下貨物(全自動)
VNA AGV沿着軸運動，可用於極小側面淨空。
Side Clamp AGVs能拿起未放在貨盤上的貨物
AGV既可手動也可自動控制
AGV可程式做很多任務
AGV運輸爆炸品
Flat AGV運輸超重物
曲線夾具使得這類AGV拿起紙卷並送往生產車間

歷史

1954年，美國伊利諾伊州諾斯布魯克的巴雷特電子公司（Barrett Electronics Corporation）發明了世界上第一種AGV[3]，是一架沿着地板上的線纜運行的拖車，並在美國南卡羅萊納的Mercury Motor Freight公司倉庫內投入運營，用於實現貨物出入庫時的自動搬運。巴雷特隨後又開發了一種沿着地板上不可見的紫外線標記塊運行的AGV，用於在芝加哥西爾斯大廈辦公樓層遞送郵件。當時稱為無人駕駛車（driverless vehicle），至1980年代才有AGV (Automatic Guided Vehicle)這個名詞。

 
芝加哥西爾斯大廈郵件AGV

1983年，巴雷特電子公司被Savant Automation併購。

美國累計安裝了約3000套AGV系統，包含1台至100台AGV不等。約6家製造商提供了約80%產量，其餘20%產量由約12家製造商提供。

導航

電磁感應導引

電磁感應導引(wire guidance)在地板上挖出一條溝槽，裏面埋設電線。當高頻電流流經導線時，導線周圍產生電磁場，AGV上左右對稱安裝有兩個電磁感應器，它們所接收的電磁信號的強度差異可以反映AGV偏離路徑的程度。也叫做electromagnetic path-following system。

磁帶導引

使用磁帶（magnetic tape）或彩條導引的低成本的AGV，也稱作Automated Guided Cart (AGC)。 磁條的極性轉換還可以編碼信息給AGV使用。

激光制導

使用激光制導的AGV稱作laser guided vehicle (LGV)。在牆壁、柱子或固定設備上安裝反光片。AGV發射並接受激光，根據反光的視線（line of sight）角度（有時還用距離）與事先存儲的反光片地圖比較，按照三角測量學來定位。

慣性導航

慣性導航與嵌在地板上的應答機配合以修正慣導的精度漂移。誤差不超過±1 inch.[4]

慣性技術可用於任何環境，如極端溫度。[5]也可用磁標記來矯正慣導漂移。[6]

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

自然尋的導航

自然尋的導航（Natural Features or Natural Targeting Navigation）使用深度探測器，如激光深度探測器，以及慣導設備，用蒙特卡洛/馬爾科夫定位技術來自主定位並動態計算到目的地的最短許可路徑。[7]

視覺導航

視覺導航（Vision-Guided）不需要改變環境。使用Evidence Grid基於概率的體識別技術。通過立體相機，360度成像建立3D地圖。

地理導航

地理導航（geoguided）AGV可以在沒有任何先驗信息情況下識別環境，檢測與辨識柱子、貨架、牆面等，以判定自身位置，實時確定行進路線，拾取(pick-up)放下(drop-off)的位置。

轉向控制

AGV使用多種轉向控制系統。[8]

最常用的是差速驅動控制（Differential driving）。但不適用於牽引式AGV，因為轉向時，被拖車節可能發生推着牽引車的Jackknifing（英語：Jackknifing）現象。

其次是舵輪驅動控制（Steering driving）。適用於牽引車或者必要時人控轉向。

也可以是上述兩種方法的混合。能沿任何方向前進。 因此AGV按照行走方式分：單向、雙向、全向（Quad motion）等。

較新的方法是使用麥輪全向行駛。

路徑決策

如果是線導或磁條導航，沿着確定路線行進。如果是激光導航，一般會預編程幾條路徑，AGV行進到決策點選擇繼續沿哪條路徑前進。

交通控制

有多台AGV工作時，需要交通控制以免擁堵或者碰撞。本地方法使用區域控制、前向感知控制、組合控制；伺服器方法統一調度各AGV的路徑。[9]

區域控制

在一個區域設置一個無線電發射裝置。當區域空閒時，發出「clear」信號，任何AGV可以進入區域。當區域被一台AGV佔用時，發出「Stop」信號。

前向感知控制

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

前向感知控制是在AGV前部安裝聲學（超聲）[10] 、光學（紅外）或物理接觸傳感器。

組合控制

區域控制與前向感知控制一起使用。

系統管理

AGV涉及物流調度系統、AGV地面控制系統及AGV車載控制系統。

地面控制系統（Host control system）主要是指固定設備（Stationary equipment）、伺服器，負責任務調度(Order schedule)、車輛分派(AGV dispatch)、地圖（Layout）規劃、路徑搜索（Route search）、交通管理（Traffic control）、自動充電（Auto charging）等功能；

車載控制系統（Onboard control system）負責AGV的導航（Navigation）計算，導引（Guidance）實現，車輛行走（Driving），裝卸操作等功能。AGV有三種常見人機交互方式：

  • 定位面板
  • 彩色顯示器
  • 日誌伺服器

車輛類型

  • 牽引車（Towing Vehicle或tugger）是最早使用的類型。不承載或不完全承載處理對象的重量。拖帶多節拖車組成列車行進。
     
    AGV拖車牽引多台車箱組成列車運行。
 
AGV拖車牽引多台車箱在倉庫運行
    • 拖拽式
    • 潛入式
  • 搬運型AGV：完全承載處理對象的重量
    • 背負式AGV（Unit Load Vehicles）裝備了載貨甲板（deck）。在AGV車體上放置托盤、料架、料箱等貨物進行搬運。
       
      Unitload AGV (dual)
  • 馱舉式AGV（Pallet Truck）:車身低矮、承載量大。通過馱舉來移載物料 ，移載機構位於 AGV 車體上方，作業時 AGV 停在貨物正下方，通過升降機構馱起或降下實現架裝荷載(palletized load)的移載。
  • AGV叉車(Forklift AGV)
     
    AGV叉車帶Stabilizer Pad

應用

  • 運送原材料[11]
  • 生產運輸[12]
  • 貨盤處理[13]
  • 成品處理
  • 拖車裝載[14][15]
  • 捲軸處理（如紙卷、帶鋼卷等）[16]
     
    Roll Clamp AGV
  • 集裝箱處理
     
    Container terminals showing a container being loaded onto an unmanned automated guided vehicle

應用行業

 
[2] （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） 一台叉車AGV運輸一貨盤成品。
 
[3] （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） 一台背載AGV運輸帶鋼卷

電池充電

常用方法：[17]

  • 人工更換電池
  • 自動/機會充電
  • 自動交換電池

參考文獻

  1. ^ 中華人民共和國國家標準GB/T 20721-2006《自動導引車通用技術條件》
  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]. （原始內容存檔於2017-09-22）. 
  4. ^ 「The Basics of Automated Guided Vehicles」 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. AGV Systems. Savant. 5 March 2006
  5. ^ "Guidance options for AGVs" （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Jervis B. Webb Company, 2007.
  6. ^ "Inertial (Magnet)Navigation" （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Egemin Automation Inc., 2014.
  7. ^ Specifications for Platforms (PDF). [2017-08-12]. （原始內容存檔 (PDF)於2016-03-04）. 
  8. ^ AGV Drive and Steering Options 互聯網檔案館的存檔，存檔日期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]. （原始內容存檔於2017-02-23）. 
  10. ^ 「Sonar sensor and mounting」 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. University of Birmingham. 5 March 2006
  11. ^ "Common AGV Applications: Raw Material Handling" （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） JBT Corporation. 18 March 2009
  12. ^ "Work in Process Movement with AGVs" （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） JBT Corporation. 18 March 2009
  13. ^ "Pallet Handling AGVs" 互聯網檔案館的存檔，存檔日期2014-02-02. JBT Corporation. 18 March 2009
  14. ^ "Automated Trailer Loading AGVs" （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） JBT Corporation. 18 March 2009
  15. ^ "Automatic Trailer Loading Solutions" （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Egemin Automation Inc., 2014
  16. ^ "Common AGV Applications: Roll Handling" （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） JBT Corporation. 18 March 2009
  17. ^ 「Battery Charging Systems for Automated Guided Vehicles」 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. AGV Battery Charging Systems. Egemin Automation Inc. 26 October 2006
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