自动导引运输车简介及无线充电技术在AGV上的应用
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一、自动导引运输车——简介
AGV是Automated Guided Vehicle的缩写，意即“自动导引运输车”。大陆名称：自动导引车，台湾名称: 无人搬运车，日文名称：无人搬送车。AGV是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。具有自动移载装置的AGV小车在控制系统的指挥下能够自动地完成货物的取，放以及水平运行的全过程。AGV属于轮式移动机器人（WMR――Wheeled Mobile Robot）的范畴。工业应用中不需驾驶员的搬运车，以可充电之蓄电池为其动力来源。一般可透过电脑来控制其行进路线以及行为，或利用电磁轨道(electromagneticpath-followingsystem)来设立其行进路线，电磁轨道黏贴於地板上，无人搬运车（Driverless）则依循电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作的运输车。
装备有电磁或光学，雷达激光等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，可以不需要人去操控，通过电池蓄电方式让他自动运行，一般可透过调度系统来控制其行进路线以及行为，或利用电磁轨道来设立其行进路线。AGV行走系统由控制面板，导向传感器、方向电位器、状态指示灯、避障传感器、光电控制信号传感器、驱动单元、导引磁条、电源组成。下面一鑫创研为大家介绍下AGV的组成结构。
AGV小车车体结构
车体由车架和相应的机械装置所组成，是AGV的基础部分，也是其他组成部件的安装基础。
蓄电和充电装置
AGV常采用24V和48V直流蓄电池为动力。蓄电池供电一般应保持连续工作8小时以上的需要。
驱动装置
由车轮、减速器、制动器、驱动电机及速度控制器等部分组成，是控制AGV正常运行的装置。其运行指令由计算机或人工控制齐发出，运行速度、方向、制动的调节分别由计算机控制。为了安全，在断电时制动装置能靠机械实现制动。
导向装置
接受导引系统的方向信息，通过转向装置来实现转向动作。
车上控制器
接受控制中心的指令并执行相应的指令，同时将本身的状态(如位置、速度等)及时反馈给控制中心。
通信装置
实现AGV与地面控制站及地面监控设备之间的信息交换。
安全保护装置
包括对AGV本身的保护、对人或其他设备的保护等方面。
移载装置
与所搬运货物直接接触，实现货物转载的装置。
信息传输与处理装置
对AGV进行监控，监控AGV所处的地面状态，并与地面控制站实时进行信息传递。
二、自动导引运输车——AGV的导引方式
1.电磁感应引导利用低频引导电缆形成的电磁场及电磁传感装置引导无人搬运车的运行。
2.激光引导利用激光扫描器识别设置在其活动范围内的若干个定们标志来确定其坐标位置，从而引导AGV运行。
3.磁铁--陀螺引导利用特制磁性位置传感器检测安装在地面上的小磁铁，再利用陀螺仪技术连续控制无人搬运车的运行方向。
三、自动导引运输车——AGV的发展历程
1AGV在国外的发展历程
世界上第一台AGV是由美国Barrett电子公司于20世纪50年代初开发成功的，它是一种牵引式小车系统，可十分方便地与其他物流系统自动连接，显著地提高劳动生产率，极大地提高了装卸搬运的自动化程度。1954年英国最早研制了电磁感应导向的AGV，由于它的显著特点，迅速得到了应用和推广。
1960年欧洲就安装了各种形式、不同水平的AGVS220套，使用了AGV1300多台。到了70年代中期，由于微处理器及计算机技术的普及，伺服驱动技术的成熟促进了复杂控制器的改进，并设计出更为灵活的AGV。1973年，瑞典VOLVO公司在KALMAR轿车厂的装配线上大量采用了AGV进行计算机控制装配作业，扩大了AGV的使用范围。70年代末，欧洲约装备了520个AGV系统，共有4800台小车，1985年发展到10000台左右。其应用领域分布为：汽车工业（57%），柔性制造系统FMS(8%)和柔性装配系统FAS(44%).
20世纪80年代末，国外的AGV达到发展的成熟阶段，此时美国的AGV生产厂商从1983年的23家剧增至1985年的74家。1984年，美国通用汽车公司完成了它的第一个柔性装配系统(FAS),从此该公司就成为当时AGV的最大用户。1986年已达1407台(包括牵引式小车、叉车和单兀装卸小车)，1987年又新增加1662台。美国各公司在欧洲技术的基础上将AGV发展到更为先进的水平，他们采用更先进的计算机控制系统，运输量更大，移载时间更短，小车和控制器的可靠性更高。
日本在1963年首次引进AGV,其第一家AGV工厂于1966年由一家运输设备供应厂商与美国的Webb公司合资建成。1976年后，日本对AGV的发展给予了高度重视，每年增加数十套AGV系统，有神钢电机、平田电机、住友重机等27个主要生产厂商生产几十种不同类型的AGV。1981年，日本的AGV总产值为60亿日元，1985年已上升到200亿日元，平均每年以20%的速度递增，1986年，日本累计安装了2312个AGVS，拥有5032台AGV,到1990年日本拥有AGV约一万台。到1988年，日本AGV制造厂已达47家，如大福,Fanuc公司、Murata(村田)公司等，广泛应用于汽车制造、机械、电子、钢铁、化工、医药、印刷、仓储、运输业和商业上、工业、军亊、烟草、印钞、食品、化工、新闻纸、农业温室育种、制造行业、邮局、图书馆、港口码头、机场、危险场所和特种行业。
目前的案例是AGV在室内的应用较多。但随着需求的发展，户外或半户外AGV技术将逐步完善和进入应用阶段。
2AGV在国内的发展历程
我国AGV发展历程较短，但一直以来不断加大在这一领域的投入，以改变我国AGV长期依赖进口的局面。经过不懈地努力终于取得了一定的成效，北京起重运输机械研究所、清华大学、中国邮政科学院邮政科学研究规划院、中国科学院沈阳自动化所、大连组合机床研究所、国防科技大学和华东工学院都在进行不同类型的AGV的研制并小批投入生产。
1976年，北京起重机械研究所研制出第一台AGV，建成第一套AGV滚珠加工演示系统，随后又研制出单向运行载重500公斤的AGV，双向运行载重500kg、1000kg、2000kg的AGV，开发研制了几套较简单的AGV应用系统。
1988年，原邮电部北京邮政科学技术研究所研制了邮政枢纽AGV。
1991年起，中科院沈阳自动化研究所/新松机器人自动化股份研究公司为沈阳金杯汽车厂研制生产了客车6台AGV用于汽车装配线中，可以说是汽车工业中用得比较成功的例子，并于1996年获国家科学技术进步三等奖。
1992年，天津理工学院研制了核电站用光学导引AGV。
1995年，我国的AGV技术出口韩国，标志着我国自主研发的机器人技术第一次走向了国际市场。
在国内AGV的技术来源有两种模式：一种是引进技术；一种是自有知识产权的技术。两种模式目前都涵盖AGV的所有技术，技术水平并无多大差别。引进技术主要是瑞典NDC的AGV控制系统技术，据了解NDC目前在国内现有3家合作伙伴。
AGV自动导引小车的引导原理是根据自动导引小车行走的轨迹进行编程，数字编码器检测出的电压信号判断其与预先编程的轨迹的位置偏差，控制器根据位置偏差调整电机转速对偏差进行纠正，从而使自动导引小车沿预先编程的轨迹行走。因此一鑫创研认为AGV自动导引小车行走过程中，需不断地根据输入的位置偏差信号调整电机转速，对系统进行实时控制。
小车采用两后轮独立驱动差速转向，两前轮为万向轮的四轮结构形式。步进电机经减速器后通过驱动轮提供驱动力，当两轮运动速度不同时就可以实现差速转向。
（1）车体
包括底盘、车架、壳体和控制室和相应的机械电气结构如减速箱、电机、车轮等所组成，是AGV的基础部分。具有电动车辆的结构特征和无人驾驶自动作业的特殊要求。车架常用钢构件焊接而成，重心越低越有利于抗倾翻。板上常安置移载装置、电控系统、按键、显示屏等。
（2）车架
车架是整个AGV小车的机体部分，主要用于安装轮子、光感应器、伺服电机和减速器。车架上面安装伺服电机驱动器、PCD板和电瓶。对于车架的设计，要有足够的强度和硬度要求，故车架材料选用铸造铝合金，牌号为6061。其中6061质量比较轻，焊接性好。
（3）车轮
车轮采用实心橡胶轮胎。车体后面两主动轮为固定式驱动轮，与轮毂式电机相连。前面两个随动轮为旋转式随动轮，起支承和平衡小车的作用。
（4）载荷传送装置
AGV的载荷传送装置为一平板，其作用为运输箱体类零件到指定工位。主要用来装载箱体类零件，运送物料等.
（5）驱动装置
AGV运行并具有速度控制和制动能力的子系统。主要包括电机、
减速器、驱动器、控制与驱动电路等。驱动系统一般为闭环方式与开环方式，前者以伺服直流电机为主，后者以步进电机为主。
（6）动力系统
蓄电池是目前AGV使用的唯一电源。用来驱动车体、车上附属装置，如控制、通讯、安全等。
AGV周边设施使用一般工业电力，根据用途而有不同要求。如充电间频率发生器、自动门、计算机室、通讯装置以及工作环境所需装置的动力等。根据车型、运行及载荷量而采用不同功率的蓄电他，一般都是蓄电池组合体。常用直流电压为12伏、24伏、48伏及72伏。
AGV行业发展状况：
近年来，在国内工业机器人需求量激增以及“中国制造 2025”、智慧物流等各项政策的保驾护航下，我国 AGV 机器人销售量持续增长。2013 年我国 AGV 机器人销量为 2439 台， 2014 年上升至 3150台，同比增长 29.15%； 2016 年销量为 6500 台，同比增长 51.16%， 2013-2016 年年复合增长率达38.64%，增幅较大的主要原因为电商仓储 AGV 的使用和推广以及户外港口 AGV 的应用。 预计 2018年 AGV 机器人销量将超 1.8 万台，同比增长超 40%。
从需求领域来看，目前我国 AGV 机器人需求领域较为集中，主要分布在汽车工业、家电制造等生产物流端，其中汽车工业领域 AGV 机器人销售额占比 24%，家电制造占比 22%。 除了工业领域的应用外， AGV 开始向商业行业推广应用，其中对 AGV 需求最大的是电商仓储物流、烟草和 3C 电子行业，三者占比分别为 15%、 15%和 13%。
国内 AGV 企业约 70 家，国产品牌占有率接近 90%。国内 AGV 机器人企业大约 70 家，有近 30 家是最近两三年新进入的企业，主要是国内 AGV 应用市场在近几年才真正打开。目前行业并未出现国外机器人巨头垄断的局面，国产品牌市场占有率接近 90%，其中重载型的中高端市场以新松、昆船、机科等为代表，轻负载的中低端市场以远能、佳顺智能、嘉腾等为代表。
AGV类型：叉车式AGV、货物中转AGV、夹抱式AGV、牵引式AGV等。
1.叉车式AGV， 可以自动拾取和运输托盘、容器、卷轴、推车，及其它种类的货物，可以从地面，货架，支架和输送机上取放货物。叉车式自动导引车可以处理几乎所有类型的货物：托盘，容器，中间散装容器，货架，桶，箱，卷轴。
2.货物中转AGV包括专为生产环境中的工作站或在仓库与生产中心之间进行高吞吐量的货物运送对的AGV。这些自动导引车可以一次运送一个，两个或四个货物，并且与运输机，站点，下线设备(码垛机，缠绕器，机械手)及自动化仓库设备(堆垛机)链接。在单元货物AGVs安装的一种最常见的转移设备是辊筒式输送机。车载的和非车载的信息交换感应器被同时使用，用于同外接输送机系统进行信息交换，以确保货物的平稳转移。货物中转AGV可以配备各式各样的转移设备用于货物的转移和运输:，也可以配备一个顶部固定装置用来固定货物。
3.夹抱式AGVs用于搬运卷轴和非码垛货物如盒子，卷轴等，可以灵活地搬运、提举和运输货物。夹钳和准确的定位装置保证不会在运输和提升过程中损坏货物。夹抱式AGV是单元存储和深度堆放仓库的理想解决方案。卷轴夹抱式AGVs卷轴夹抱式自动导引车配备有液压卷轴夹钳用于造纸&印刷，塑料和钢铁生产中的卷轴提升，旋转和堆放。在单叉自动导引车搬运不同尺寸的货物以及较高货物的时候，固定式夹钳会有很大的用处。
4.牵引式AGV牵引装有货物的无动力运输车，可以人工或者自动控制。这种类型的AGV同其它类型小车相比，可以运输更多货物。这样也就大大提高了生产能力和效率，特别是同传统叉车相比。一套典型的牵引式AGV一般都预先设计了停止位置的常规环线。在每一台牵引式AGV被预设了一些连续的停止位置，操作员可以在这些位置上添加或者搬运货物。停止位置可以根据需要，随时地，简单方便地进行重新设置。
AGV根据不同要素（如导航方式、负载方式等）可以分为很多种，因本文主要从其应用角度进行论述，故根据其功能进行分类，在总装车间主要有装配型AGV和配送型AGV两种。
1.装配型AGV
装配型AGV主要用于底盘线体上动力总成、有压缩减振弹簧的后悬挂总成与白车身进行合装，根据其升降机构的形式又可分为单举升型和双举升型。
（1）单举升型AGV由AGV车体和一台升降机等组成，主要适用于汽车的动力总成与白车身合装，用于有压缩减振弹簧的后悬挂总成与白车身合装（见图1）。
（2）双举升型AGV由AGV车体和两台升降机等组成，主要适用于汽车的动力总成与白车身合装、用于有压缩减振弹簧的后悬挂总成与白车身合装（见图2）。
2.配送型AGV
配送型AGV（又称“AGC”）结构简单，配备有升降销，具有配送、同料车自动脱钩和挂钩的功能，根据驱动方式，配送型AGV可以分为单向驱动型和双向驱动型。
（1）单向驱动型AGV（见图3）只能按照单一方向向前行走，运行路线为一个闭环，可多台AGV按照先后顺序同时运行,适用于节拍性较强的线体物料配送，同SPS（Set Parts Supply）顺建模式配合应用为最佳选择。
（2）双向驱动型AGV可按照前进倒退两个方向行走，运行路线为往返单线，运行路线上只允许一台AGV单独运行，适用于两点之间的物料运输，AGV于两点之间往返运行，物料工装同AGV固定，只装卸物料为最佳选择。
【AGV在总装车间的应用】
1.AGV及导航方式的选择
（1）AGV的选择 AGV额定负载主要为300kg、500kg、750kg、1000kg、1500kg和3000kg。AGV为非标产品，可以根据不同情况进行量身定做，目前世界上最大的AGV负载已经达到60t。AGV的选型是由配送物料的质量来决定的，可以根据自身实际情况进行选型。
（2）导航方式的选择 AGV的导航方式主要有电磁导航、磁带导航、磁点导航、激光导航、光学导航和惯性导航。在总装车间应用，从综合成本、后期改善和维护便利性等因素考虑，磁带导航为最佳选择，此种导航方式也是目前汽车行业应用最为广泛和成熟的。
2.AGV运行路线的规划
正确合理的AGV运行路线不仅能提高生产效率和工作效率，还可以减少AGV的使用数量，从而降低设备的投入成本，减少物流费用，因此AGV运行路线的设计需要遵循以下原则：两个最小原则：经过距离最小和物流成本最小；两个避免原则：避免迂回和十字交叉。
AGV小车如何实现自动充电？
第一、按充电的区域来划分，可以分为在线充电和离线充电两种模式：
1、所谓的在线充电便是利用AGV小车暂时停留的零碎时间进行充电，它不需要小车偏离其工作线路，也不需要专门的时间进行充电，这种充电模式可以说是一种随机充电的模式，在实际应用中需要将AGV充电桩安置在AGV的活动区域和流程中，这样更容易提升它的搬运效率。
2、所谓的离线充电模式，顾名思义就是在充电时需要将AGV驶入固定的充电桩进行充电，此时需要专门的充电时间。
第二、根据操作方式的不同进行划分，可以分为手动充电，自动充电以及电池更换充电模式：
1、手动充电：当AGV小车电力不足时，由地面控制中心指挥，驶向指定充电区或台位，由专职人员手动完成AGV小车与充电器之间的电器连接，然后实施充电，完成后也是人工去脱离连接电路恢复工作状态。手动充电AGV自动搬运车的特点是安全可靠，简单易行，但需要专人看管，浪费人力，而且自动化程度降低。常用于自动化程度要求不是很高，车少人多，标准工作制的场合，如白天上班8 小时使用AGV，下班休息时让AGV充电，适用于酸性常规电池。
2、自动充电：当AGV小车需要补充电力时，会自动报告并请求充电，由地面控制中心指挥，驶向指定充电区或台位，车载充电连接器与地面充电系统自动连接并实施充电。充电完成后AGV小车自动脱离充电系统，驶向工作区或待命区投入正常运行。其特点是整个充电过程全部实现自动化、智能化，无需专人看管。
3、换电池充电：当AGV小车电力不足时，由专职人员手动更换电池组，AGV小车即可投入使用。换下的电池组通过充电后待用。其特点是简单快捷，但要专人看管，需多一倍的电池组，浪费人力财力，方式原始。常用于对工作响应的及时性要求较高、车不足的场合。
第三，按充电器电气连接方法，分为接触式充电和无线充电：
1、接触式充电即所有充电回路需要用电缆和充电触头将车辆与供电系统连接，以便可以直接对其进行充电。接触式充电可提供较大的充电电流，以实现快速充电。目前是离线充电的不二选择方式。但其不适用于频繁的随机充电，且存在充电触头磨损，需要定期更换。并可能在充电过程中产生火花，存在安全隐患。另外因为充电触头系暴露部件，无法在低温凝露、潮湿、易燃易爆等环境下正常工作。
2、无线充电即非接触充电装置，不需要用电缆将车辆与供电系统连接，它抛弃了充电触头，充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露。无线充电技术使充电端与AGV储能系统之间实现电气隔离，从根本上消除直插式充电方法带来的弊端。更加安全，适用性更广。现阶段的AGV无线充电产品，充电效率已和接触式充电系统相当。因其无触点磨损且智能化程度较高，非常适合在线充电。已完全做到了即来即充，即走即停。进一步提高了AGV使用过程的自动化程度。但其技术复杂，成本较高。且10KW以上的无线充电器体积较大，不适合AGV使用。YMP在实现AGV无线充电领域拥有丰富经验，目前与国内外多家知名企业合作研发具有无线充电功能的AGV，作为一项未来技术，无线充电在AGV上的普及将是大势所趋。
第四，按充电时间可分为随机充电和全周期充电：
1、随机充电即在 AGV的各停泊站，无时间限制地随时充电。如果有较多的充电点，保证AGV在工作过程中损耗的电能得到及时的补充，实现对蓄电池的浅充浅放，将极大的延长蓄电池的使用寿命，且可减小所需蓄电池的容量。
2、全周期充电则要求AGV退出服务并进人指定的充电区且当蓄电池电荷降至指定范围时方可进行充电。
也有的AGV采用上述两种相结合的充电方式。
