Автоматизированное управляемое транспортное средство ( AGV ), в отличие от автономного мобильного робота ( AMR ), представляет собой портативный робот , который следует вдоль маркированных длинных линий или проводов на полу или использует радиоволны, видеокамеры, магниты или лазеры для навигации. Чаще всего они используются в промышленных приложениях для транспортировки тяжелых материалов по большому промышленному зданию, такому как завод или склад. Применение автоматически управляемого транспортного средства расширилось в конце 20-го века.
AGV может буксировать объекты за собой в прицепах, к которым они могут автономно прикрепляться. Прицепы могут использоваться для перемещения сырья или готовой продукции. AGV также может хранить объекты на платформе. Объекты можно размещать на наборе моторизованных роликов (конвейер), а затем сталкивать их, давая им задний ход. AGV используются практически во всех отраслях промышленности, включая целлюлозно-бумажную, металлургическую, газетную и общую промышленность. Также осуществляется транспортировка таких материалов, как продукты питания, белье или лекарства в больницах.
AGV также можно назвать транспортным средством с лазерным наведением (LGV). В Германии эта технология также называется Fahrerloses Transportsystem (FTS), а в Швеции förarlösa truckar . Более дешевые версии AGV часто называются Automated Guided Carts (AGC) и обычно управляются магнитной лентой. Термин AMR иногда [1] используется для различения мобильных роботов , которые не полагаются в своей навигации на дополнительную инфраструктуру в окружающей среде (например, магнитные полосы или визуальные маркеры) от тех, которые полагаются; последние тогда называются AGV.
AGV доступны в различных моделях и могут использоваться для перемещения продукции на сборочной линии, транспортировки товаров по заводу или складу, а также доставки грузов.
Первый AGV был выведен на рынок в 1950-х годах компанией Barrett Electronics из Нортбрука, штат Иллинойс, и в то время это был просто эвакуатор, который следовал за проводом в полу вместо рельса. [ необходима цитата ] Из этой технологии появился новый тип AGV, который следует за невидимыми УФ-маркерами на полу вместо того, чтобы буксироваться цепью. Первая такая система была развернута в Уиллис-тауэр (ранее Сирс-тауэр) в Чикаго, штат Иллинойс, для доставки почты по всем офисам.
С годами технология стала более сложной, и сегодня автоматизированные транспортные средства в основном управляются лазером, например, LGV (Laser Guided Vehicle). [ требуется цитата ] В автоматизированном процессе LGV запрограммированы на связь с другими роботами, чтобы гарантировать плавное перемещение продукции по складу, независимо от того, хранится ли она для будущего использования или отправляется непосредственно в зоны отгрузки. Сегодня AGV играет важную роль в проектировании новых заводов и складов, безопасно перемещая товары в их законное место назначения.
В полу вырезается прорезь, и под поверхностью вдоль пути, по которому должен следовать AGV, размещается провод. Этот провод генерирует магнитное поле, которое обнаруживается датчиком на дне AGV, близко к земле. Датчик определяет относительное положение магнитного поля, создаваемого током в проводе. Эта информация используется для регулирования системы рулевого управления AGV, гарантируя, что он точно следует по пути провода. [2]
На пол наносится полоса материала, реагирующего на ультрафиолет. Это может быть краска или лента, реагирующая на ультрафиолет. AGV оснащены излучателями и детекторами ультрафиолетового света. Система управления транспортным средством распознает полосу на полу и вносит необходимые коррективы в направление транспортного средства, чтобы оставаться на направляющем пути. Этот метод навигации требует меньшего дополнения окружающей среды, чем локализация направляющего провода. [2] [3]
Навигация для AGV может быть достигнута с помощью ретро-отражающего лазерного наведения. В этой системе отражающие маркеры размещаются на стенах, столбах или стационарных машинах в пределах рабочей зоны AGV. AGV оснащен лазерным сканером, который испускает лазерные лучи для обнаружения этих отражателей. Положение AGV определяется путем измерения угла и расстояния до отражателей в пределах его прямой видимости. Эта информация сравнивается с сохраненной картой расположения отражателей в памяти AGV, что позволяет навигационной системе триангулировать его текущее положение. Затем AGV корректирует свое рулевое управление на основе своего положения относительно запрограммированного пути, определенного расположением отражателей. [2]
Этот метод также не обязательно ограничивает AGV фиксированными путями; они способны локализоваться и осуществлять навигацию в любой области, где видны два-три светоотражающих маркера. [2]
Другой формой руководства AGV является инерциальная навигация . При инерциальном руководстве компьютерная система управления направляет и назначает задачи транспортным средствам. Транспондеры встроены в пол рабочего места. AGV использует эти транспондеры для проверки того, что транспортное средство находится на курсе. Гироскоп способен обнаружить малейшее изменение направления движения транспортного средства и скорректировать его, чтобы удерживать AGV на своем пути. Погрешность инерциального метода составляет ±1 дюйм. [8]
Инерциальная навигация может работать практически в любой среде, включая узкие проходы или экстремальные температуры. [9] Инерциальная навигация может включать использование магнитов, встроенных в пол объекта, которые транспортное средство может считывать и отслеживать. [10]
Навигация без модернизации рабочего пространства называется Natural Features или Natural Targeting Navigation. Один из методов использует один или несколько датчиков определения расстояния, таких как лазерный дальномер , а также гироскопы или инерциальные измерительные блоки с методами локализации Монте-Карло/Маркова, чтобы понять, где он находится, поскольку он динамически планирует кратчайший разрешенный путь к своей цели. Преимущество таких систем в том, что они очень гибкие для доставки по требованию в любое место. Они могут обрабатывать отказы, не останавливая всю производственную операцию, поскольку AGV могут планировать пути вокруг отказавшего устройства. Они также быстро устанавливаются, с меньшим временем простоя для завода. [11]
Vision-Guided AGV могут быть установлены без внесения изменений в окружающую среду или инфраструктуру. Они работают с использованием камер для записи характеристик вдоль маршрута, что позволяет AGV воспроизводить маршрут, используя записанные характеристики для навигации. Vision-Guided AGV используют технологию Evidence Grid, приложение вероятностного объемного зондирования, и были изобретены и первоначально разработаны доктором Гансом Моравецом в Университете Карнеги-Меллона. Технология Evidence Grid использует вероятности занятости для каждой точки в пространстве, чтобы компенсировать неопределенность в работе датчиков и в окружающей среде. Основные навигационные датчики представляют собой специально разработанные стереокамеры. Vision-guided AGV использует 360-градусные изображения для построения 3D-карты , которая позволяет Vision-guided AGV следовать обученному маршруту без помощи человека или добавления специальных характеристик, ориентиров или систем позиционирования .
Геоуправляемый AGV распознает окружающую среду, чтобы установить свое местоположение. Без какой-либо инфраструктуры погрузчик, оснащенный технологией геоуправления, обнаруживает и идентифицирует колонны, стеллажи и стены на складе. Используя эти фиксированные ориентиры, он может позиционировать себя в режиме реального времени и определять свой маршрут. Нет ограничений по расстоянию для покрытия количества мест погрузки или выгрузки. Маршруты можно изменять бесконечно.
Чтобы помочь AGV перемещаться, он может использовать три различные системы рулевого управления. [12] Дифференциальное управление скоростью является наиболее распространенным. В этом методе есть два независимых ведущих колеса. Каждый привод приводится в движение с разной скоростью для поворота или с одинаковой скоростью, чтобы позволить AGV двигаться вперед или назад. AGV поворачивает аналогично танку . Этот метод рулевого управления является самым простым, поскольку он не требует дополнительных рулевых двигателей и механизмов. Чаще всего это можно увидеть на AGV, который используется для транспортировки и поворота в ограниченном пространстве или когда AGV работает рядом с машинами. Такая установка колес не используется в буксировочных приложениях, потому что AGV заставил бы прицеп складываться при повороте.
Второй тип используемого рулевого управления — это управление рулевым колесом AGV. Этот тип рулевого управления может быть похож на рулевое управление автомобиля. Но это не очень маневренно. Чаще используют трехколесное транспортное средство, похожее на обычный трехколесный вилочный погрузчик. Ведущее колесо — это поворотное колесо. Оно точнее следует запрограммированному пути, чем метод управления дифференциальной скоростью. Этот тип AGV имеет более плавный поворот. Управление рулевым колесом AGV может использоваться во всех приложениях; в отличие от управления дифференциальной скоростью. [8] Управление рулевым колесом используется для буксировки и иногда может также управляться оператором.
Третий тип — это комбинация дифференциала и рулевого управления. Два независимых рулевых/приводных двигателя размещены на диагональных углах AGV, а поворотные колеса размещены на других углах. Он может поворачиваться как автомобиль (вращаясь по дуге) в любом направлении. Он может двигаться крабом в любом направлении и может двигаться в дифференциальном режиме в любом направлении.
AGV должны принимать решения о выборе пути. Это делается разными способами: режим выбора частоты (только проводная навигация) и режим выбора пути (только беспроводная навигация) или с помощью магнитной ленты на полу не только для направления AGV, но и для подачи команд рулевого управления и команд скорости.
Режим выбора частоты основывает свое решение на частотах, излучаемых с пола. Когда AGV приближается к точке на проводе, который разделяется, AGV обнаруживает две частоты и с помощью таблицы, хранящейся в его памяти, выбирает наилучший путь. Различные частоты требуются только в точке принятия решения для AGV. Частоты могут измениться обратно на один заданный сигнал после этой точки. Этот метод нелегко расширить и требует дополнительной резки, что делает процесс более дорогим.
AGV, использующий режим выбора пути, выбирает путь на основе предварительно запрограммированных путей. Он использует измерения, полученные от датчиков, и сравнивает их со значениями, предоставленными ему программистами. Когда AGV приближается к точке принятия решения, ему нужно только решить, следовать ли пути 1, 2, 3 и т. д. Это решение довольно простое, поскольку он уже знает свой путь из своего программирования. Этот метод может увеличить стоимость AGV, поскольку требуется иметь команду программистов для программирования AGV с правильными путями и изменения путей при необходимости. Этот метод легко изменить и настроить.
Магнитная лента укладывается на поверхность пола или закапывается в 10-миллиметровый канал; она не только указывает путь, по которому следует AGV, но и полоски ленты в различных комбинациях полярности, последовательности и расстояния, уложенные вдоль пути, сообщают AGV о необходимости сменить полосу движения, ускориться, замедлиться и остановиться.
Гибкие производственные системы, содержащие более одного AGV, могут потребовать управления движением, чтобы AGV не сталкивались друг с другом. Управление движением может осуществляться локально или с помощью программного обеспечения, работающего на стационарном компьютере в другом месте на объекте. Локальные методы включают управление зоной, управление прямым зондированием и комбинированное управление. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки. [13]
Зональный контроль является фаворитом большинства сред, поскольку он прост в установке и легко расширяется. [8] Зональный контроль использует беспроводной передатчик для передачи сигнала в фиксированной области. Каждый AGV содержит сенсорное устройство для приема этого сигнала и передачи обратно на передатчик. Если область свободна, сигнал устанавливается на «свободно», позволяя любому AGV войти и пройти через область. Когда AGV находится в области, отправляется сигнал «стоп», и все AGV, пытающиеся войти в область, останавливаются и ждут своей очереди. Как только AGV в зоне выезжает за пределы зоны, сигнал «свободно» отправляется одному из ожидающих AGV. Другой способ настройки управления движением с контролем зоны — оснастить каждого отдельного робота собственным небольшим передатчиком/приемником. Затем отдельный AGV отправляет свое собственное сообщение «не входить» всем AGV, которые приближаются слишком близко к его зоне в области. Проблема с этим методом заключается в том, что если одна зона выходит из строя, все AGV подвергаются риску столкновения с любым другим AGV. Зональный контроль — это экономически эффективный способ управления AGV на определенной территории.
Система контроля переднего зондирования использует датчики предотвращения столкновений , чтобы избежать столкновений с другими AGV в этой области. Эти датчики включают: звуковой, который работает как радар ; оптический, который использует инфракрасный датчик; и бампер, датчик физического контакта. Большинство AGV оснащены бамперным датчиком определенного типа в качестве отказоустойчивого устройства. Звуковые датчики посылают «чирп» или высокочастотный сигнал, а затем ждут ответа от контура ответа, AGV может определить, находится ли объект впереди него, и предпринять необходимые действия, чтобы избежать столкновения. [14] Оптический использует инфракрасный передатчик/приемник и посылает инфракрасный сигнал, который затем отражается обратно; работая по той же концепции, что и звуковой датчик. Проблема с ними в том, что они могут защитить AGV только с определенного количества сторон. Их относительно сложно устанавливать и работать с ними.
Комбинированное управление датчиками использует датчики предотвращения столкновений, а также датчики контроля зон. Сочетание этих двух помогает предотвратить столкновения в любой ситуации. Для нормальной работы контроль зон используется с предотвращением столкновений в качестве отказоустойчивого. Например, если система контроля зон не работает, система предотвращения столкновений предотвратит столкновение AGV.
Отрасли с AGV должны иметь какой-то контроль над AGV. Существует три основных способа управления AGV: панель локатора, цветной графический дисплей CRT и центральная регистрация и отчетность. [8]
Панель локатора — это простая панель, используемая для того, чтобы увидеть, в какой области находится AGV. Если AGV находится в одной области слишком долго, это может означать, что он застрял или сломался. Цветной графический дисплей CRT в реальном времени показывает, где находится каждое транспортное средство. Он также показывает состояние AGV, напряжение его аккумулятора, уникальный идентификатор и может показывать заблокированные места. Централизованная регистрация используется для отслеживания истории всех AGV в системе. Централизованная регистрация хранит все данные и историю этих транспортных средств, которые можно распечатать для технической поддержки или зарегистрировать для проверки времени безотказной работы.
AGV — это система, часто используемая в FMS для поддержания, транспортировки и соединения более мелких подсистем в одну большую производственную единицу. AGV используют множество технологий, чтобы гарантировать, что они не столкнутся друг с другом и доберутся до места назначения. Погрузка и транспортировка материалов из одной области в другую — главная задача AGV. AGV требуют больших денег для начала работы, но они выполняют свою работу с высокой эффективностью. В таких местах, как Япония, автоматизация возросла и теперь считается в два раза более эффективной, чем заводы в Америке. При огромной первоначальной стоимости общая стоимость со временем уменьшается. [ необходима цитата ]
,_Egemin_Automation_Inc.JPG/1280px-Unitload_AGV_(dual),_Egemin_Automation_Inc.JPG)
Автоматизированные управляемые транспортные средства могут использоваться в самых разных приложениях для транспортировки различных типов материалов, включая поддоны, рулоны, стеллажи, тележки и контейнеры. AGV отлично подходят для приложений со следующими характеристиками:
AGV обычно используются для транспортировки сырья, такого как бумага, сталь, резина, металл и пластик. Это включает в себя транспортировку материалов от места получения до склада и доставку материалов непосредственно на производственные линии. [16]
Движение Work-in-Process является одним из первых приложений, где использовались автоматизированные управляемые транспортные средства, и включает в себя повторяющееся перемещение материалов в течение всего производственного процесса. AGV могут использоваться для перемещения материалов со склада на производственные/обрабатывающие линии или с одного процесса на другой. [17]
Обработка поддонов является чрезвычайно популярным применением для AGV, поскольку повторяющееся перемещение поддонов очень распространено на производственных и распределительных предприятиях. AGV могут перемещать поддоны из паллетайзера в стрейч-пленку, на склад/в зону хранения или на исходящие отгрузочные доки [18] [19]
Перемещение готовых товаров из производства на хранение или отгрузку — это окончательное перемещение материалов перед их доставкой клиентам. Эти перемещения часто требуют максимально бережного обращения с материалами, поскольку продукция является полной и может быть повреждена при грубом обращении. Поскольку AGV работают с точно контролируемой навигацией, ускорением и замедлением, это сводит к минимуму вероятность повреждения, что делает их отличным выбором для этого типа применения.
Автоматическая загрузка прицепов — относительно новое применение для автоматизированных управляемых транспортных средств, которое становится все более популярным. AGV используются для транспортировки и загрузки поддонов с готовой продукцией непосредственно в стандартные прицепы для бездорожья без какого-либо специального докового оборудования. AGV могут забирать поддоны с конвейеров, стеллажей или промежуточных полос и доставлять их в прицеп по указанной схеме загрузки. [20] Некоторые автоматические AGV для загрузки прицепов используют естественное нацеливание для просмотра стенок прицепа для навигации. Эти типы ATL AGV могут быть как полностью беспилотными, так и гибридными транспортными средствами. [21]
AGV используются для транспортировки рулонов на многих типах заводов, включая бумажные фабрики, конвертеры, типографии, газетные фабрики, сталелитейные заводы и заводы по производству пластмасс. AGV могут хранить и укладывать рулоны на полу, на стеллажах и даже автоматически загружать рулоны бумаги в печатные машины. [22]
AGV используются для перемещения морских контейнеров в некоторых портовых контейнерных терминалах. Основными преимуществами являются снижение затрат на рабочую силу и более надежная (менее изменчивая) производительность. Такое использование AGV было впервые применено в 1993 году в порту Роттердама в Нидерландах . К 2014 году в мире насчитывалось 20 автоматизированных или полуавтоматических портовых контейнерных терминалов, которые использовали как автоматизированные направляющие, так и автоматизированные штабелирующие краны. [23] Первоначально AGV использовали дизельный привод с гидравлическим или электрическим приводом. Однако больше AGV используют питание от аккумуляторов и автоматическую замену аккумуляторов , что снижает выбросы и расходы на заправку, но при этом стоит дороже и имеет меньший запас хода. [24]
Эффективное, экономичное перемещение материалов является важным и общим элементом в улучшении работы многих производственных предприятий и складов. Поскольку автоматически управляемые транспортные средства (AGV) могут обеспечить эффективное, экономичное перемещение материалов, AGV могут применяться в различных отраслях промышленности в стандартных или индивидуальных конструкциях, чтобы наилучшим образом соответствовать требованиям отрасли. Отрасли, в которых в настоящее время используются AGV, включают (но не ограничиваются):
AGV являются предпочтительным методом перемещения материалов в фармацевтической промышленности. Поскольку система AGV отслеживает все перемещения, предоставляемые AGV, она поддерживает валидацию процесса и cGMP (текущая надлежащая производственная практика ).
AGV доставляют сырье, перемещают материалы на склады для хранения отверждения и обеспечивают транспортировку в другие ячейки и станции обработки. Распространенные отрасли промышленности включают резину, пластмассы и специальные химикаты .
AGV часто используются в общем производстве продукции. AGV обычно можно встретить при доставке сырья, транспортировке незавершенного производства, перемещении готовой продукции, вывозе отходов и поставке упаковочных материалов.
Установки AGV используются на штамповочных заводах, заводах по производству силовых агрегатов (двигателей и трансмиссий) и сборочных заводах, где они доставляют сырье, транспортируют незавершенное производство и перемещают готовую продукцию. AGV также используются для доставки специализированной оснастки, которую необходимо заменить.
AGV могут перемещать рулоны бумаги, поддоны и мусорные баки, обеспечивая все рутинные перемещения материалов при производстве и складировании (хранении/извлечении) бумаги, газет, печатных материалов, гофрокартона, конвертинга и пластиковой пленки.
AGV могут применяться для перемещения материалов в пищевой промышленности (например, для загрузки продуктов питания или подносов в стерилизаторы) и в «конце линии», связывая паллетайзер, упаковщик в стрейч-пленку и склад. AGV могут загружать стандартные дорожные прицепы готовой продукцией и разгружать прицепы для поставки сырья или упаковочных материалов на завод. AGV также могут хранить и извлекать поддоны на складе.
Автоматически управляемые тележки становятся все более популярными в сфере здравоохранения благодаря своей эффективной транспортировке и полностью запрограммированы на автоматическое управление дверями, лифтами/подъемниками, мойками тележек, мусороуборочными машинами и т. д. Автоматически управляемые тележки обычно перевозят постельное белье, мусор, медицинские отходы , еду для пациентов, подносы с грязной едой и тележки для хирургических чемоданов.
AGV, используемые на складах и в распределительных центрах, логически перемещают грузы по складам и подготавливают их к отправке/погрузке или приему или перемещают их с индукционного конвейера в логические места хранения на складе. Часто этот тип использования сопровождается индивидуальным программным обеспечением для управления складом. [25] Чтобы избежать повреждения хрупких товаров, AGV предпочитают на складах, которые обрабатывают хрупкие предметы, поскольку человеческие ошибки сведены практически к нулю. Склады с опасными грузами в первую очередь приняли эту технологию, поскольку они могут работать в экстремальных условиях, например, проходя через морозильники. [26]
В последние годы индустрия тематических парков начала использовать AGV для аттракционов. Одной из самых первых систем аттракционов AGV была Universe of Energy в Epcot , открытая в 1982 году. Аттракцион использовал проводную навигацию для управления «Путешествующим театром» по аттракциону. Многие аттракционы используют проводную навигацию, особенно когда сотрудники должны часто ходить по пути аттракциона, например, в (ныне закрытом аттракционе) The Great Movie Ride в Disney's Hollywood Studios . [27] Еще один аттракцион в Hollywood Studios, который использует проводную навигацию, — это The Twilight Zone Tower of Terror , комбинированная башня падения / темный аттракцион . Кабины лифта представляют собой AGV, которые фиксируются внутри отдельных кабин вертикального движения для вертикального перемещения. Когда он достигает этажа, требующего горизонтального перемещения, AGV отсоединяется от вертикальной кабины и выезжает из лифта. [28]
Недавняя тенденция в тематических парках — так называемая система безрельсовых аттракционов, аттракционы AGV, которые используют LPS , Wi-Fi или RFID для передвижения. Преимущество этой системы в том, что аттракцион может выполнять, казалось бы, случайные движения, каждый раз давая другой опыт катания.
AGV используют несколько вариантов зарядки аккумулятора. Каждый вариант зависит от предпочтений пользователя.
«Технология замены аккумулятора» [29] требует, чтобы оператор вручную извлек разряженный аккумулятор из AGV и установил на его место полностью заряженный аккумулятор примерно через 8–12 часов (примерно одна смена) работы AGV. Для выполнения этой операции с каждым AGV в парке требуется 5–10 минут.
«Автоматическая и возможная зарядка аккумулятора» [29] обеспечивает непрерывную работу. В среднем AGV заряжается в течение 12 минут каждый час для автоматической зарядки, и ручное вмешательство не требуется. Если возможность используется, AGV будет получать заряд всякий раз, когда появляется такая возможность. Когда аккумуляторный блок достигает заданного уровня, AGV завершает текущую работу, которая была ему назначена, прежде чем отправиться на зарядную станцию.
Автоматическая замена аккумуляторов является альтернативой ручной замене аккумуляторов. Для этого может потребоваться дополнительная часть автоматизированного оборудования, автоматическое устройство смены аккумуляторов, в общей системе AGV. AGV подъезжают к станции замены аккумуляторов, и их аккумуляторы автоматически заменяются полностью заряженными аккумуляторами. Затем автоматическое устройство смены аккумуляторов помещает извлеченные аккумуляторы в зарядный слот для автоматической подзарядки. Автоматическое устройство смены аккумуляторов отслеживает аккумуляторы в системе и извлекает их только тогда, когда они полностью заряжены.
Другие версии автоматической замены аккумуляторов позволяют AGV заменять аккумуляторы друг друга.
Хотя система замены батарей сокращает трудозатраты, необходимые для замены батарей, последние разработки в области технологий зарядки батарей позволяют заряжать батареи быстрее и эффективнее, потенциально устраняя необходимость в замене батарей.
