AGVS在国内陶瓷墙地砖行业中的开发与应用

2022-03-17 11:33:50 | 浏览次数：

摘要：本文介绍了AGVS技术在国内外以及陶瓷墙地砖行业中的应用现状。特别对AGVS砖坯储运系统在国内陶瓷行业中的使用提出了可行性实施方案。

关键词：AGVS 电磁感应引导激光引导砖坯储运系统 AGV

1 AGVS技术的概况

自动导引车辆系统（Automatic Guided Vehicle System，AGVS）简称AGVS，是当今制造系统和自动化系统中物流运输的有效手段。AGVS的核心设备是自动导引车辆（Automatic Guided Vehicle，AGV）。现代的AGVS都配有系统集中控制和管理的计算机，用于对AGV的作业过程进行优化，发出指令，跟踪传送中的构件以及控制AGV的路线。

AGV是采用自动或人工方式装载货物，按设定的路径自动行驶或牵引载货台车至指定地点，再用自动或人工方式装载货物的工业车辆[1]。AGV只有满足物流搬运作业自动化、柔性化和准时化的要求时，与自动导引系统、自动装卸系统、通讯系统、安全系统和管理系统等构成AGVS，才能充分发挥其作用[2]。

AGV在20世纪50年代已开始应用于无人驾驶工业搬运车辆。一般采用蓄电池作为动力，载重量从几公斤到上百吨，工作场地较广，可以是办公室、车间，也可以是港口、码头。图1为AGV的内部控制原理图。

从图1可知，AGV主要由两个直流电机（导向电机和行走电机）驱动，外围配有引导传感器、通讯模块、移载装置、人机对话接口以及运行状态显示。较重要的是引导传感器和通讯模块。目前，引导方式主要有电磁感应、激光、磁铁、陀螺等，其中激光引导方式发展较快。

1.1电磁感应引导

电磁感应引导是利用低频引导电缆形成的电磁场及电磁传感装置引导AGV运行。其工作原理为当交变电流流过电缆时，在电缆周围产生电磁场，离导线越近，磁场强度越大，越远其磁场强度越弱。通过感应线圈的电磁场在线圈两端产生电压，电压与磁场强度成正比。当电缆处于线圈中间时，左右线圈的电压相等，转向信号为零；当线圈处在电缆的任一侧时，两个感应线圈的电压不等，产生电位差，将操纵AGV转向的信号，从而控制导向电机来校正AGV的运行方向。

1.2激光引导

激光引导利用安装在AGV上的激光扫描器识别设置在其活动范围内的若干个定位标志，来确定其坐标位置，从而引导AGV运行，这种工作方式属于导航式引导。激光扫描器一般安装在AGV的较高位置，使各定位标志与激光扫描器相呼应，并通过系统的串行口与AGV的控制板联接。定位标志由高反光材料制成，固定在沿途的墙壁或支柱上。激光扫描器利用脉冲激光器发出激光，并通过一个内部反射镜以一定的转速旋转，对周围进行扫描，测出每个定位标志的距离和角度，计算出AGV的X、Y坐标，从而引导AGV按照预先设定的路线运行。激光扫描器内部设有微处理器，对新的作业环境和引导平面图具有学习功能，可以利用学习软件找出相应的定位标志，并将其坐标位置存储起来。

AGVS系统主要包括AGV、控制台及导引装置（如图2）。中心控制计算机可以监视和控制AGVS系统的运行状态，协调AGVS系统在其它设备间正常运行；AGVS系统AGV的控制计算机完成对AGV的调度、管理；通讯设备作为控制台与AGV间的信息交换平台完成它们间的信息交换。

我国对AGV的研究主要集中在导引技术、自动控制技术、通讯技术、电机及变速驱动技术、电池技术、车辆制造技术和移载技术等方面。我国对以上技术的研究进展程度如表1所示，各种自动化技术在我国的研究进展程度、专利、应用现状和前景如表2所示[3]。

2 AGVS系统的应用概况

AGVS系统在我国工业领域的应用与欧洲、美国和日本等发达国家相比还存在较大的差距。1955年英国人首先发明了简易电磁导引AGV，并在欧洲迅速普及发展。后来逐步传入美国和日本。20世纪60～80年代是欧洲AGV高速增长期，美国和日本在80年代后才进入高速增长期。应用领域从较为集中的机械制造、加工、装配生产线到更为广泛的自动化生产、物料搬运、物品仓储、商品配送等行业。

在国内，AGVS系统的应用目前仅限于烟草、汽车、电子、医药、印钞和发行等大规模生产制造行业，这些行业由于技术和资金实力雄厚，工厂生产物流自动化的需求较高，导致AGVS的应用较多。如我国的许多卷烟企业，青岛颐中集团、玉溪红塔集团、红河卷烟厂、淮阴卷烟厂等都采用激光导引式AGV完成托盘货物的搬运工作。其他行业由于产业整合度和生产规模没达到一定的水平，对生产物流自动化的需求相对较低。另外，由于其高昂的价格，导致AGVS系统在我国企业中普及较难。因此，必须考虑降低AGV的开发成本。

我国投入使用的首套激光导引AGVS由昆明船舶设备集团有限公司研制生产，最初在云南省红河卷烟厂投入运行，实现了原材料、半成品、成品等物料生产过程中的自动输送和信息管理。

3 AGVS在陶瓷墙地砖行业中的应用

3.1AGVS在国内外陶瓷行业中的应用现状

在国外，AGVS已广泛应用于陶瓷墙地砖行业中，主要用于构建厂内的全自动砖坯储运系统（以下简称AGVS砖坯储运系统）和成品砖的入仓转运系统，主要包括装卸砖机、储坯（砖）架、AGV及中央控制系统等。其主要任务为：负责陶瓷墙地砖生产线上、下工序之间砖坯（成品砖）的入仓储存和转运，实现在生产线上、下工序之间工作制式的转换，保证上、下工序在停机情况下，生产线能连续生产。其技术在生产使用过程中得到了充分发展和完善。

意大利的Tecno Ferrari、Siti和Barbierie Tarozzi等公司能够生产全套的AGVS砖坯储运系统，已广泛应用于国外的陶瓷企业。

在国内，由于陶瓷企业固有生产模式和现有的工作制度、廉价的劳动力以及高昂的生产设备等因素，导致AGVS砖坯储运系统在国内大多数建筑陶瓷企业中没有得到推广。

近年来，随着一些外资、台资建筑陶瓷企业引进国外AGVS砖坯储运系统，改变了传统的生产模式和工作制度，大大降低了生产成本，其生产能力和生产管理水平得到明显提高，说明AGVS在陶瓷企业中的应用是实际可行的。

3.2AGVS砖坯储运系统的研发现状

鉴于AGVS在国内外陶瓷行业的应用情况和发展前景。2007年初，广东科达机电股份有限公司（以下简称科达机电）成立了专门的研发项目组，通过对国内外使用AGVS系统的企业进行了考察和调研。遵循低成本开发的思路，依靠自主研发，于2010年6月推出了具有自主知识产权的AGVS砖坯储运系统，填补了AGVS系统在国内陶瓷行业的空白，使国内陶瓷企业使用AGVS系统成为可能，为陶瓷企业提升管理水平和工作效率、增强企业效益开辟了一条新的途径。下面具体以科达机电的AGVS系统进行详述。

科达机电的AGVS用于陶瓷墙地砖行业中的全自动无轨砖坯储运系统。系统中包括装卸砖机、储坯车、AGV小车及中央控制系统。其主要任务为：负责陶瓷墙地砖生产线干燥器和窑炉之间砖坯（物料）的储存和转运，实现陶瓷生产线的柔性生产，保障了窑炉的连续生产和产量问题，同时解决了生产一线工人的节假日休息问题。

AGVS中的主要设备是AGV小车，其主要由导航系统、车载计算机系统、直流伺服驱动及转向系统、安全警示系统、蓄电池供电充电系统、液压提升系统、机械车体等部分组成。

其中导航系统采用激光导航，由旋转激光头、现场反射板、激光运算解调设备、车载计算机系统组成。激光运算解调设备通过串行接口与车载计算机系统通讯。

旋转激光头是AGV小车的眼睛，由光学系统、控制系统、机械等部分组成。车载计算机系统是AGV的心脏，计算机控制程序是AGV的大脑，机械车体是AGV的躯体，准确执行大脑发布的命令。

AGVS砖坯储运系统中，AGV小车的主要性能指标为：

1）导航方式：激光导航；

2）驱动方式：直流伺服驱动；

3）转向方式：直流伺服驱动；

4）运动方向：前进、后退、左转、右转、自旋/全方位；

5）运行速度:0～45m/min，无级变速；

6）导航精度：±10mm；

7）停车位置精度：±4mm；