【本周最新动态】意大利TR外派人员Andrea来我司展开技术销售会议
880意大利 Tellure Rota 外派人员安德烈来到我们公司在一楼会议室展开技术销售会议。为促进AGV产业的技术交流,提升销售人员TR脚轮的相关知识水平,以应对我们需要及时调整产品设计客户需求的变化。江苏亿控智能装备有限公司营销中心、研发中心、供应中心参加了此次会议。
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自动导引车辆(AGV),作为现代物流和自动化领域的重要组成部分,其起源和发展历程值得详细探讨。
AGV的最早出现可以追溯到20世纪50年代。1953年,巴雷特电子公司(Barrett Electronics)在美国伊利诺伊州诺斯布鲁克开发了世界上第一辆商用AGV。这一创新是在第二次世界大战后,随着工业自动化的兴起和技术的进步而产生的。当时,工业界正寻求提高效率和减少人工劳动的方法,AGV应运而生,成为解决这些挑战的关键工具之一。
最初的AGV是为了在工厂或仓库中搬运重物而设计的。这些早期的AGV通常是线控的,即通过地面上的电线来引导路径。它们的基本功能包括自动搬运物料,从一个指定的起点到达一个预定的终点。这种自动化程度虽然有限,但在当时已经大大提高了物料搬运的效率和安全性。
20世纪70年代,AGV导向技术开始变得更加智能化,不再仅仅依靠感应地面的电磁频率进行运动。例如,瑞典卡尔马的沃尔沃开始在1973年开发非同步装配设备,作为传统输送机装配线的替代品。该公司开发了280台由计算机控制的AGV,标志着AGV开始迈向高智能化的重要一步。
80年代后期,无线式导引技术引入到AGV系统中,例如利用激光和惯性进行导引,这大大提高了AGV系统的灵活性,准确性,不再受地面的限制,当需要更改路径时,也不必打断生产。
进入90年代,全世界的AGV生产厂家已经超过100家,型号也达到上百种。此时的AGV决策处理能力越来越强,可以执行人在管理材料处理过程中的决策和控制功能,AGV已经进入到高智能化,数字化,网络化,信息化的新时代。
由于微处理器技术的发展,我们现在看到的AGV系统已经能够进行更复杂的任务,比如进行精细的定位计算,和现有设备进行智能交互等。AGV可以在许多工厂和仓库中独立运行,也可以作为一种更大系统的一部分运作,提供了广泛的运用领域。
随着技术的发展,AGV的功能和使用场景也逐渐扩展。从最初的线控引导,发展到后来的磁带、激光导航、视觉导航等多种导航技术。AGV的应用领域也从单一的工业生产线扩展到医院、机场、仓库管理等多个领域。例如,在医院中,AGV可以用来运送药品、样本或餐食;在机场,AGV则可用于行李处理等。
AGV的发展反映了工业自动化和智能化的整体趋势。从最初的简单功能到现在的高度智能化和多样化应用,AGV已经成为现代物流和生产系统中不可或缺的一部分。随着技术的不断进步,我们可以预见AGV在未来将发挥更加重要的作用。
自动引导车辆(AGV)技术的发展是工业自动化和物流管理领域的一个重要篇章。从最初的简单线跟踪系统到今天的多种高级导航技术,AGV的演进不仅体现了技术的进步,也反映了工业需求的变化和市场的发展。
AGV的历史始于20世纪50年代,最初的AGV系统主要基于线控导航。这种系统通过在地面上安装磁带或电缆来创建路径,AGV沿着这些预设路径运行。这种技术虽然简单,但在当时已经能够有效提高物料搬运的效率和准确性。最初的AGV主要应用于工业环境,如汽车制造厂和重工业场所,用于搬运重物和提高生产线的自动化水平。
随着时间的推移,AGV技术经历了显著的演进,主要体现在导航技术和功能的多样化上。按照AGV或其他自动导引小车搬运货物和运行方式的不同,主要分为叉车式、牵引式、顶升式这三种类型 。按照AGV是否铺设外部设备,可以将导航技术分为固定路径导航、自由路径导航和组合导航三种方式。
导航技术的发展
一、固定路径导航
固定路径导航主要分为电磁导航或色带导航方式,以埋设磁条、磁电、电磁线或色带为基础的导航技术目前应用较广。对于埋设的导引方式,其铺设和施工的成本高,改造和维护困难,定位精度较低。主要有如下几种方式:
(1)电磁导航
一种传统的导引⽅式,通过在AGV的⾏驶路径上埋设⾦属线,并在⾦属线上加载低频、低压电流,产⽣磁场,再通过车载电磁传感器对导引磁场强弱的识别和跟踪实现导航,读取预先埋设的RFID卡来完整指定任务。
电磁导引的主要优点为⾦属线埋在地下,隐蔽性强,不易受到破坏,导引原理简单可靠,对声光⽆⼲扰,制造成本低。缺点是⾦属线的铺设⿇烦,且更改和拓展路径困难,电磁感应容易受到⾦属等铁磁物质的影响。
电磁导引在路线较为简单,在需要24⼩时连续作业的⽣产制造(如汽车制造)有⽐较⼴泛的应⽤。
(2)磁带导航
与电磁导引原理较为相近,在AGV的形式路径上铺设磁带,通过车载电磁传感器对磁场信号的识别来实现导引⽅式。
磁带导引主要的优点为技术成熟可靠,成本较低,磁带的铺设较为容易,拓展与更改路径相对电磁导引较为容易,运⾏线路明显,对于声光⽆⼲扰。缺点为路径裸露,容易受到机械损伤和污染,需要⼈员定期维护,容易受到⾦属等铁磁物质的影响,AGV⼀旦执⾏任务只能沿着固定磁带运动,⽆法更改任务。
磁条导引适⽤于地⾯嵌⼊型、轻载牵引的状态⽅式,可⽤于⾮⾦属地⾯、⾮消磁的室内环境,能够稳定持久作业。
以电磁导航和磁带导航为代表的传统导航方式,因为沿整个运行路径预埋导引线,所以具有地图建立简单、创建导航坐标系容易,通过相应的传感器检测车体与预埋的导引线之间的偏差即可实现定位等优点,但定位精度差、路线一旦完成预埋无法进行更改。
(3)磁钉导航
磁钉导航和磁条导航都需要磁条传感器来定位AGV相对于路径的左右偏差,主要差异在于铺设方式为连续或离散的区别。假如需要完全使⽤磁钉导航,则需要铺设⼤量磁钉。
磁钉导引的优点是成本低,技术成熟;隐蔽性好,较磁带导航美观;抗⼲扰性强,耐磨损,抗酸碱。磁钉导引的缺点是AGV路径易受铁磁物质影响,更改路径施⼯量⼤,磁钉的施⼯会对地⾯产⽣⼀定影响,磁钉导引在码头AGV上应⽤较多。磁钉导航一般以辅助导航的形式出现,用以提⾼AGV的定位精度。
(4)⼆维码导航
二维码导航坐标的标志通过地⾯上的⼆维码实现,⼆维码导引与磁钉导引较为相似,只是坐标标志物不同。⼆维码导航是通过AGV应用摄像头扫描地⾯QR⼆维码,通过解析⼆维码信息获取当前的位置信息。⼆维码导航通常与惯性导航相结合,实现精准定位。
亚马逊所用KIVA⼆维码导航机器⼈其类似棋盘的⼯作模式令⼈印象深刻,国内的电商,智能仓库纷纷采⽤⼆维码导航机器⼈。⼆维码导引的移动机器⼈的单机成本较低,但是在项⽬现场需要铺设⼤量⼆维码,且⼆维码易磨损,维护成本较⾼。
(5)⾊带导航
在AGV的行驶路径上设置光学标志(粘贴⾊带或涂漆),通过车载的光学传感器采集图像信号识别来实现导引的⽅法。光学导引与磁带导引较为类似,主要的优点是路⾯铺设较为容易,拓展与更改路径相对磁带导引容易,成本低。缺点是⾊带较为容易受到污染和破环,对环境的要求⾼,导引的可靠性受制于地⾯条件,停⽌定位精度较低。
⾊带导航适合在⼯作环境洁净,地⾯平整性好,AGV定位精度要求不⾼的场合。
二、自由路径导航
固定路径导航有着成本低、运行路线明显、原理简单可靠的优点,但易受外界物质的影响,且不易改变路径,不适用于在复杂动态的场景下。
自由路径导航是指AGV未预先确定行驶路径,主要有光学导航、GPS导航、惯性导航等,由自由路径导航代替固定路径导航已经成为了一种大趋势。
其中光学导航根据设备方式的不同分为主动光学导航(激光导航)、被动光学导航(视觉导航)。光学导航的主要优点是AGV路径可以灵活规划,定位准确,施工方便,能适应各种实际环境。缺点是成本较高,且当行驶区域较大时,所花费的时间要长。其自由路径导航主要有如下方式:
(1)激光导航—-带反光板
激光导航一般是指基于反射板定位的导航。具体原理是在AGV⾏驶路径的周围安装位置精确的反射板,激光扫描器会安装在AGV车体上。激光扫描器随 AGV的⾏⾛, 发出激光束,发出的激光束被沿AGV⾏驶路径铺设的多组反射板直接反射回来,触发控制器记录旋转激光头遇到反射板时的⾓度。控制器根据这些⾓度值与实际的这组反光板的位置相匹配,计算出AGV的绝对坐标,基于这个原理就可以实现⾮常精确的激光导引。
激光导航的⽅式使得AGV能够灵活规划路径,定位准确,⾏驶路径灵活多变,施⼯较为⽅⽅便,能够适应各种实⽤环境。
由于激光导航的反光板处于较⾼的物理位置,不易受到破坏。并且正常⼯作时不能遮蔽反光板,否则会影响其定位情况。由于激光导航由于成本较⾼,在⽬前AGV市场上占⽤率不是很⾼,但由于其优越性,将会逐渐取代⼀些传统的导航导引⽅式。
(2)自然导航/自主导航
⾃然导航也是激光导航的⼀种,也是通过激光传感器感知周围环境,不同的是激光导航(反射板)的定位标志为反射板或反光柱,⽽⾃然导航可以定位标志物可以为⼯作环境中的墙⾯等信息,不需要依赖反射板。相⽐于传统的激光导航,⾃然导航的施⼯成本与周期都较低。
⾃然导航的缺点是对环境轮廓依赖⽐较⼤,当⾏驶路径上的轮廓信息出现较⼤变化时就会出现精度降低的现象。
(3)视觉导航
视觉导航是指在AGV小车上安装视觉传感器来获取行驶区域周围的图像信息进而实现导航的方法,硬件上需要下视摄像头,补光灯和遮光罩等来⽀持该种导航⽅式的实现。
AGV在移动过程中,其视觉导航系统利用一个或多个摄影机采集周围环境的图像,在捕捉到地面纹理后会自动构建地图,然后将其与自建地图中的纹理图像进行比较,利用相位相关法计算两幅图像之间的位移和旋转,然后积分估计得到AGV的当前位置,从而实现AGV的定位导航。
视觉导航模式环境适应性较强,但运算量随摄影机数量和分辨率提升呈指数级上涨,对处理器运算能力和散热能力要求极高。对环境光源有一定的要求,且可靠性较差。
视觉导航AGV⽬前在市场上的应⽤较少,视觉纹理导航的优点是硬件成本较低,定位精确。缺点是运⾏的地⾯需要有纹理信息,当运⾏场地⾯积较⼤,绘制导航地图的时间相⽐激光导航长。
(4)惯性导航
利用AGV内部传感器获取位置,主要⽤光电编码器,陀螺仪,或者两者同时使⽤。AGV的车轮上装有光电编码器,在运动过程中利⽤编码器的脉冲信号进⾏粗略的航位推算确定位置。利⽤陀螺仪可以获取AGV的三轴⾓速度和加速度,通过积分运算获取位置信息,两种航位推算可以进⾏融合。惯性导航的成本低,短时间定位精度较⾼、隐蔽性好且抗干扰性强,但会随着运动累计误差,直⾄丢失位置。所以⼀般情况下,惯性导航会作为其他导航⽅式的辅助定位。
开始使用时需要的初始校准时间较长,并且受加工技术限制,高精度陀螺仪成本高昂、设备结构复杂,难以大规模推广应用。
(5)其他自由路径导航
a. 室内无线AP定位
室内无线AP定位定位技术是靠同时测定多个无线AP发射的无线信号的强度计算距离来实现定位的。实现室内无线AP定位需要在环境中预先安装大量专用定位AP,并进行大量的测试。由于需要对每一个无线AP进行布线和调试,而且无线AP信号极易受环境中其他设备干扰,这种方法实现起来工作量大、成本高,实际应用中可靠性和定位精度较差。
b. LBS基站定位
LBS基站定位技术是一种利用运营商网络获取用户移动终端位置信息的方法,以现有的运营商网络实现定位,不需要布设定位设施,方便快捷。但是定位效果取决于运营商网络质量,网络信号易受其他设备干扰。由于运营商基站布设密度普遍较低,因此这种方法定位精度差、可靠性差。
c. 地磁场定位
以地磁场构建室内地图的方法还处于理论研究阶段,在技术实现上比较复杂,且容易受设备磁场和地质活动干扰。
d. GPS导航
指在AGV上搭载GPS传感器来获取位置和航向信息实现导航的方法。GPS导航的导航精度较低,位置误差在10⽶左右,实时定位速度快,覆盖范围广,操作简单。缺点是易受气候、电磁波等的影响,且需要在视野开阔、障碍物较少的区域进行。GPS导航主要应⽤在汽车、船舶、⼿机等定位,在精度要求较⾼的室内AGV定位上使⽤较少。
自由路径导航有着路径自由、灵活规划、定位精度高的优点,但成本较高,误差会随着时间累积。
三、组合导航
在智能生产与智慧物流的背景下,现存的AGV导航技术仍然存在不足,在效率与精度上不能实现两最优,尤其是在大规模未知的复杂环境中,AGV导航技术在精度和实时性上还需进一步提高。为了更好地适应在复杂、动态作业环境下的各个行业,满足更高的要求,AGV导航技术面临着新任务和新挑战,将朝着柔性高、精度高和可靠性强的方向发展,而与5G、云计算、物联网技术等的交互融合将会使得性能有所提高,进而提高AGV的环境感知与建模能力、自主决策能力和智能化,能更好地躲避障碍物,实现更自主的移动,提高效率与精度。
以上提到的各种方法都有其相应的优缺点,在特定的场景下难以实现性能的最优。而组合导航是指根据导航功能互补的特点,以适当的方法将两种或者两种以上的方法将其组合,提高系统的整体导航精度、实时等性能,使AGV适应各种使⽤场景。
组合导航指应⽤两种或两种以上导引(或导航)⽅式实现AGV运⾏的⽅法。如⼆维码导航与惯性导航的组合,利⽤惯性导航短距离定位精度⾼的特性,将两个⼆维码之间的导航盲区使⽤惯性导航。激光导航与磁钉导航组合应⽤,在定位精度要求较⾼的站台位置使⽤磁钉导航,增加AGV定位的稳定性。
根据应用场景,针对提高AGV性能的导航方式对其进行组合,可以将方法之间的优势都体现出来,解决了单一方法的缺点,因此组合导航方法有时能取得更佳的结果,比如视觉/惯性组合的AGV导航方法 。组合导航优点是AGV能适应各种使用场景中的导航方式,使用相对灵活,改变路径也比较容易,因此在各行业的应用会越来越广泛。
目前,已经成熟的组合导航技术有:基于磁钉技术与惯性导航的AGV组合导航系统;激光导航和红外导航的AGV组合导航方式;激光雷达和二维码地标组合导航的方法;基于GPS/DR信息融合的AGV导引系统;基于二维码导航技术与惯性导航相结合的双摄像头扫码的方法;视觉与惯性导航系统的组合导航方法;惯性和视觉的AGV组合导航方法;多目视觉与激光组合导航的精确定位方法;惯性导航系统结合地埋RFID标签的导航方式;惯性导航系统与超宽带及地标组合的方法,等等。
随着导航技术的发展,AGV的功能也变得更加多样化和复杂。现代AGV不仅能够搬运物料,还能执行更精细的操作,如自动装卸货物、与其他自动化系统协同工作等。此外,AGV的应用领域也从传统的工业制造扩展到医疗、零售、物流等多个行业。
AGV技术的发展是对不断变化的工业需求和技术创新的响应。从最初的线控导航到今天的多种高级导航技术,AGV已经成为现代物流和生产系统中不可或缺的一部分。随着人工智能、机器学习和物联网技术的进一步发展,我们可以预见AGV将继续演进,提供更高效、更智能的自动化解决方案。
自动引导车辆(AGV)的技术自20世纪50年代问世以来,已经从最初的制造业应用扩展到了多个领域,包括物流、医疗、服务业、零售、机场管理、农业等。这种扩展不仅展示了AGV技术的多功能性,也反映了各行各业对于提高效率和自动化需求的增长。
AGV在制造业的应用
AGV最初被设计用于工业环境,特别是在汽车制造和重工业中。在这些应用中,AGV主要用于搬运重物、运送原材料到生产线或将成品从生产线运送到仓库。这种应用大大提高了物料搬运的效率,减少了人工劳动的需求,同时也降低了工作场所的事故风险。
AGV在物流领域的应用
仓库管理:随着电子商务的兴起和仓库管理需求的增加,AGV在物流领域的应用迅速增长。在仓库中,AGV被用于自动化地搬运、排序和存储货物。这些AGV能够提高仓库操作的效率和准确性,同时减少对人工的依赖。
配送和运输:AGV还被用于更广泛的物流链中,如在港口自动搬运集装箱,或在配送中心协助货物的装卸和分拣工作。
AGV在医疗领域的应用
医院物流:在医疗领域,AGV用于运送药品、样本、医疗器械甚至餐食。这些AGV可以减轻医护人员的负担,提高医院内部物流的效率和安全性。
智能护理:部分高科技医院还开始探索使用AGV进行智能护理,如自动运送药物到病房,或协助进行简单的护理任务。
AGV在服务业的应用
酒店和零售:在服务行业,特别是在酒店和零售领域,AGV被用于提供客户服务,如送餐、搬运行李或协助库存管理。
公共空间清洁和维护:AGV还被用于公共空间的清洁和维护工作,如在机场、火车站或购物中心进行地面清洁或垃圾收集。
AGV在其他领域的应用
机场管理:在机场,AGV用于行李处理和运输,提高了行李处理的效率和准确性。
农业:在农业领域,AGV开始被用于作物的搬运、播种、收割等工作,提高了农业生产的自动化水平。
军事和防灾:在军事领域,AGV用于物资的搬运和分发。在防灾领域,AGV可以用于灾区的物资运输和救援工作。
AGV的应用扩展反映了这项技术的适应性和多样性。随着技术的不断进步,AGV在各个领域的应用将继续增长,不仅提高操作效率,还能改善工作环境和服务质量。未来,随着人工智能和机器学习技术的进一步发展,我们可以预期AGV将在更多领域发挥重要作用,成为智能自动化和智慧服务的关键组成部分。
智能机器人的存在无疑在创新我们的生活和工作方式,它们在物流,制造业,服务业等领域起到了重要作用。从完成人类无法或不方便完成的高难度任务,到自主操作的生产流程,智能机器人都帮助企业解决了很多实际问题。
那么,智能机器人该如何分类呢?常见的主要有服务机器人和工业机器人两种。服务机器人包括清洁机器人、家庭服务机器人、医疗机器人、教育服务机器人、商业服务机器人、社交服务机器人等。而工业机器人则包括搬运型机器人、牵引机器人,载重机器人等种类。
我们常听到的AGV就是工业机器人中的一个细分类型。那么问题来了,我们有时会听到AGV之外的RGV、AMR、IGV,这些又是什么呢?其实,它们都是不同类型的机器人,不过,由于当前AGV使用和占有量最多,我们通常为了方便经常会统一称它们为AGV。
简而言之,AGV需要借助光磁标识来导航路径;RGV只能沿轨道穿梭;AMR拥有强大的计算能力,无需规划路线,除自主行驶外,还可感知外界环境以做出相应判断;IGV不需要借助任何标识行驶,但需要提前规划路线。
从RGV、AGV、AMR、IGV的发展路径也在某种程度上表明了移动机器人的发展趋势,更加的智能化,需要借助的辅佐工具更少,柔性化程度也越高。但这也并不意味着未来IGV会取代其他设备,至少目前来说,在不同的应用场景中,它们都有各自的优势,不存在高自动化淘汰低自动化、高智能淘汰低智能。我们可以通过它们的功能和应用场景需求来选择合适的设备。
在AGV(Automated Guided Vehicle)系统中,技术层面的细节和工作流程至关重要。一个完善的AGV系统通常包括任务分配、路径规划、通信系统、定位控制、安全保护以及异常处理等几大核心技术。
任务分配
任务分配是AGV系统的起点,通常涉及一个中央控制单元(如PLC),它负责将物料搬运、产品组装、货物存储等任务合理分配给各个AGV。这一过程需要结合生产计划、库存管理、订单要求等诸多因素。在分配任务时,PLC评估各AGV的位置、状态和电量,确定最合适的AGV执行特定任务。
路径规划
AGV接到任务后需要确定一条从当前位置到目的地的最佳路线。路径规划算法,如Dijkstra、A*或启发式搜索方法,被用来计算最短、最快或最节能的路径。这一阶段也需要关注是否存在障碍及如何避免碰撞。高级的AGV系统甚至能在动态变化的环境中进行实时路径规划和调整。
网络通信
AGV依靠稳定的通信网络与中央控制单元和其他AGV交换信息。这通常通过无线局域网(Wi-Fi)、蓝牙或其他无线通信技术实现。网络通信保证了任务传递的实时性,同时也允许AGV报告其状态并接收新的指令。一旦网络出现故障,AGV必须能够启用备用通信方案,或至少进入安全模式,避免作业中断。
定位控制
AGV的定位通常依靠多种传感器和算法综合作出决策。例如,激光导航传感器可以扫描周围的特殊标记来定位,而惯性导航系统通过加速度和旋转传感器来追踪AGV的运动。视觉系统会分析地面标记或特定图像来进行辅助定位。高度精确的定位对于确保AGV准确无误地执行任务是至关重要的。
安全保护
AGV的安全保护体系主要通过传感器来实现,例如红外传感器、超声波传感器或摄像头等。这些传感器可以在AGV运行过程中实时监测前方是否有障碍物。一旦探测到潜在的碰撞风险,AGV会立刻减速或停车,防止事故发生。此外,AGV的安全系统还能在发现系统异常时发出警报,或者当AGV脱离管控轨迹时进入紧急停车状态。
异常处理
在AGV系统运营过程中,无可避免会遇到意外情况或系统故障,这时候有效的异常处理机制是不可或缺的。AGV应具备自我诊断功能,当检测到错误或性能降低时,必须及时上报。此外,控制系统需具备故障检测和自动恢复的能力,以及在必要时将AGV重新定位或引导至安全区域。
一个高效率、高稳定性的AGV系统需要集成先进的传感技术、计算算法、通信协议及安全措施。这些技术和流程的协同工作能够确保AGV系统在复杂的工业环境中顺畅运行,不仅提升了生产效率,还能有效降低人工作业的强度和风险。
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