Автоматизированное управляемое транспортное средство ( AGV ), в отличие от автономного мобильного робота ( AMR ), представляет собой портативный робот , который следует по обозначенным длинным линиям или проводам на полу или использует радиоволны, камеры видеонаблюдения, магниты или лазеры для навигации. Чаще всего они используются в промышленности для транспортировки тяжелых материалов вокруг большого промышленного здания, например, завода или склада. Применение транспортных средств с автоматическим управлением расширилось в конце 20 века.
AGV может буксировать за собой объекты в прицепах, к которым они могут автономно прикрепляться. Прицепы можно использовать для перемещения сырья или готовой продукции. AGV также может хранить предметы на кровати. Объекты можно поместить на набор моторизованных роликов (конвейер), а затем оттолкнуть, перевернув их. AGV используются практически во всех отраслях промышленности, включая целлюлозу, бумагу, металлургию, газетную промышленность и общее производство. Также осуществляется транспортировка таких материалов, как продукты питания, белье или лекарства, в больницы.
AGV также можно назвать транспортным средством с лазерным наведением (LGV). В Германии эту технологию также называют Fahrerloses Transportsystem (FTS), а в Швеции — förarlösa Truckar . Более дешевые версии AGV часто называются тележками с автоматическим управлением (AGC) и обычно управляются магнитной лентой. Термин AMR иногда используется [1] для того, чтобы отличить мобильных роботов , которые не полагаются в своей навигации на дополнительную инфраструктуру в окружающей среде (например, магнитные полосы или визуальные маркеры), от тех, которые это делают; 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 для доставки грузов.
Первый AGV был представлен на рынке 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, а не по рельсам. [ нужна ссылка ] Из этой технологии появился новый тип AGV, который следует за невидимыми УФ-маркерами на полу, а не буксируется цепью. Первая такая система была развернута в Уиллис-Тауэр (бывшая Сирс-Тауэр) в Чикаго, штат Иллинойс, для доставки почты по всем ее офисам.
С годами технология стала более сложной, и сегодня автоматизированные транспортные средства в основном имеют лазерную навигацию, например LGV (автомобиль с лазерным наведением). [ нужна цитата ] В автоматизированном процессе LGV запрограммированы на взаимодействие с другими роботами, чтобы обеспечить плавное перемещение продукта по складу, независимо от того, хранится ли он 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 провод помещается примерно на 1 дюйм ниже поверхности. Этот слот прорезан вдоль пути, по которому должен следовать AGV. Этот провод используется для передачи радиосигнала. Датчик установлен в нижней части AGV близко к земле. Датчик определяет относительное положение радиосигнала, передаваемого по проводу. Эта информация используется для регулирования контура рулевого управления, заставляя AGV следовать по проводу.
В AGV (некоторые из них известны как тележки с автоматическим управлением или AGC) в качестве направляющей используется лента. Ленты могут быть одного из двух стилей: магнитные или цветные. AGV оснащен соответствующим направляющим датчиком, который следит за траекторией ленты. Одним из основных преимуществ ленты по сравнению с проводным управлением является то, что ее можно легко снять и переместить, если необходимо изменить курс. Цветная лента изначально дешевле, но не имеет того преимущества, что ее можно вклеивать в места с интенсивным движением, где лента может повредиться или испачкаться. Гибкая магнитная планка также может быть встроена в пол, как провод, но работает при тех же условиях, что и магнитная лента, и поэтому остается без питания или пассивной. Еще одним преимуществом магнитной направляющей ленты является двойная полярность. Можно разместить небольшие кусочки магнитной ленты для изменения состояний АРУ в зависимости от полярности и последовательности меток.
Навигация осуществляется путем установки светоотражающей ленты на стены, столбы или стационарные машины. AGV несет лазерный передатчик и приемник на вращающейся турели. Лазер передается и принимается одним и тем же датчиком. Угол и (иногда) расстояние до любых отражателей, находящихся в прямой видимости и дальности, рассчитываются автоматически. Эта информация сравнивается с картой расположения отражателей, хранящейся в памяти AGV. Это позволяет навигационной системе определить текущее положение AGV. Текущее положение сравнивается с путем, запрограммированным на карте расположения отражателя. Рулевое управление настраивается соответствующим образом, чтобы AGV оставался на ходу. Затем он может перейти к желаемой цели, используя постоянно обновляемую позицию.
Другой формой наведения AGV является инерциальная навигация . Компьютерная система управления с помощью инерциального наведения направляет и ставит задачи машинам. Транспондеры встраиваются в пол рабочего места. AGV использует эти транспондеры для проверки движения автомобиля по курсу. Гироскоп способен обнаруживать малейшие изменения направления движения автомобиля и корректировать их, чтобы AGV оставался на своем пути. Погрешность инерционного метода составляет ±1 дюйм. [2]
Inertial может работать практически в любой среде, включая узкие проходы или экстремальные температуры. [3] Инерциальная навигация может включать использование магнитов, встроенных в пол объекта, которые транспортное средство может читать и следовать. [4]
Навигация без дооснащения рабочего пространства называется Natural Features или Natural Targeting Navigation. В одном методе используется один или несколько датчиков дальномера, 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 нему. цель. Преимущество таких систем заключается в том, что они очень гибки и могут быть доставлены по требованию в любое место. Они могут справиться с сбоем, не останавливая весь производственный процесс, поскольку AGV могут планировать обход неисправного устройства. Они также быстро устанавливаются и сокращают время простоя на заводе. [5]
AGV с системой Vision-Guided можно устанавливать без каких-либо изменений в окружающей среде или инфраструктуре. Они работают с помощью камер для записи особенностей маршрута, что позволяет AGV воспроизводить маршрут, используя записанные особенности для навигации. В AGV с визуальным управлением используется технология Evidence Grid, применение вероятностного объемного зондирования, которая была изобретена и первоначально разработана доктором Хансом Моравеком из Университета Карнеги-Меллон. Технология Evidence Grid использует вероятности занятости каждой точки пространства, чтобы компенсировать неопределенность в работе датчиков и окружающей среды. Основные навигационные датчики представляют собой специально разработанные стереокамеры. AGV с визуальным управлением использует 360-градусные изображения для построения 3D-карты , которая позволяет AGV с визуальным управлением следовать по обученному маршруту без помощи человека или добавления специальных функций, ориентиров или систем позиционирования .
AGV с геоуправлением распознает окружающую среду, чтобы определить свое местоположение. Без какой-либо инфраструктуры вилочный погрузчик, оснащенный технологией геонаведения, обнаруживает и идентифицирует колонны, стеллажи и стены на складе. Используя эти фиксированные привязки, он может позиционировать себя в режиме реального времени и определять свой маршрут. Ограничений по расстоянию для покрытия количества мест посадки и высадки нет. Маршруты можно изменять бесконечно.
Чтобы помочь AGV ориентироваться, он может использовать три различные системы рулевого управления. [6] Дифференциальное регулирование скорости является наиболее распространенным. В этом методе используются два независимых ведущих колеса. Каждый привод приводится в движение с разной скоростью для поворота или с одинаковой скоростью, чтобы AGV мог двигаться вперед или назад. AGV поворачивается аналогично танку . Этот способ рулевого управления является наиболее простым, так как не требует дополнительных рулевых двигателей и механизмов. Чаще всего это можно увидеть на AGV, который используется для транспортировки и разворота в ограниченном пространстве или когда AGV работает рядом с машинами. Такая установка колес не используется при буксировке, поскольку AGV может привести к складыванию прицепа при повороте.
Второй тип используемого рулевого управления — это AGV с рулевым управлением. Этот тип рулевого управления может быть похож на рулевое управление автомобиля. Но это не очень маневренно. Чаще используется трехколесное транспортное средство, похожее на обычный трехколесный вилочный погрузчик. Ведущее колесо – поворотное. Он обеспечивает более точное следование запрограммированному пути, чем метод управления дифференциальной скоростью. Этот тип AGV имеет более плавный поворот. Управление AGV с помощью рулевого колеса можно использовать во всех приложениях; в отличие от дифференциала управляемого. [2] Управление с помощью рулевого колеса используется для буксировки, и иногда им может управлять оператор.
Третий тип – это комбинация дифференциального и управляемого. Два независимых двигателя рулевого управления/привода расположены по диагональным углам AGV, а поворотные ролики — по другим углам. Он может поворачиваться как автомобиль (вращаясь по дуге) в любую сторону. Он может двигаться в любом направлении и двигаться в дифференциальном режиме в любом направлении.
AGV должны принимать решения о выборе пути. Это делается с помощью различных методов: режим выбора частоты (только проводная навигация) и режим выбора пути (только беспроводная навигация) или с помощью магнитной ленты на полу не только для управления AGV, но также для подачи команд рулевого управления и команд скорости.
Режим выбора частоты основывает свое решение на частотах, излучаемых залом. Когда AGV приближается к точке на проводе, которая разделяется, AGV обнаруживает две частоты и с помощью таблицы, хранящейся в его памяти, определяет лучший путь. Различные частоты требуются только в момент принятия решения о AGV. После этого момента частоты могут снова измениться на один установленный сигнал. Этот метод нелегко расширить и требует дополнительной резки, что делает процесс более дорогим.
AGV, использующий режим выбора пути, выбирает путь на основе заранее запрограммированных путей. Он использует измерения, полученные от датчиков, и сравнивает их со значениями, заданными программистами. Когда AGV приближается к точке принятия решения, ему нужно только решить, следовать ли по 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 команда программистов, которая запрограммирует AGV правильные пути и изменит их при необходимости. Этот метод легко изменить и настроить.
Магнитная лента укладывается на поверхность пола или закапывается в канал диаметром 10 мм; Он не только обеспечивает путь, по которому должен следовать AGV, но и полоски ленты с различными комбинациями полярности, последовательности и расстояния, проложенные вдоль трассы, сообщают AGV сменить полосу движения, ускориться, замедлиться и остановиться.
Гибкие производственные системы, содержащие более одного AGV, могут потребовать, чтобы он управлял движением, чтобы AGV не сталкивались друг с другом. Управление дорожным движением может осуществляться локально или с помощью программного обеспечения, работающего на стационарном компьютере в другом месте объекта. Локальные методы включают зональное управление, управление с помощью прямого зондирования и комбинированное управление. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки. [7]
Зональный контроль является фаворитом в большинстве сред, поскольку его легко установить и легко расширить. [2] Зональное управление использует беспроводной передатчик для передачи сигнала в фиксированной зоне. Каждый AGV содержит сенсорное устройство для приема этого сигнала и его передачи обратно на передатчик. Если зона свободна, устанавливается сигнал «чисто», позволяющий любому AGV войти в зону и пройти через нее. Когда AGV находится в зоне, отправляется сигнал «стоп», и все AGV, пытающиеся войти в зону, останавливаются и ждут своей очереди. Как только AGV в зоне выходит за пределы зоны, на один из ожидающих AGV отправляется сигнал «разъединение». Еще один способ настроить управление трафиком зонального контроля — оснастить каждого отдельного робота собственным небольшим передатчиком/приемником. Затем отдельный AGV отправляет собственное сообщение «Не входить» всем AGV, приближающимся слишком близко к его зоне в этом районе. Проблема этого метода заключается в том, что если одна зона выходит из строя, все AGV рискуют столкнуться с любым другим AGV. Зональное управление — это экономически эффективный способ управления AGV на определенной территории.
Система управления передним зондированием использует датчики предотвращения столкновений , чтобы избежать столкновений с другими AGV в этом районе. Эти датчики включают в себя: звуковые, которые работают как радар ; оптический, в котором используется инфракрасный датчик; и бампер, датчик физического контакта. Большинство AGV оснащены датчиком бампера в качестве предохранительного устройства. Звуковые датчики посылают «чириканье» или высокочастотный сигнал, а затем ждут ответа, по контуру ответа AGV может определить, находится ли впереди объект, и предпринять необходимые действия, чтобы избежать столкновения. [8] Оптика использует инфракрасный передатчик/приемник и посылает инфракрасный сигнал, который затем отражается обратно; работает над той же концепцией, что и звуковой датчик. Проблема в том, что они могут защитить AGV только с очень многих сторон. Их относительно сложно установить и работать с ними.
В комбинированном управлении используются датчики предотвращения столкновений, а также датчики зонального контроля. Сочетание этих двух факторов помогает предотвратить столкновения в любой ситуации. Для нормальной работы зональное управление используется с предотвращением столкновений в качестве отказоустойчивого устройства. Например, если система зонального контроля не работает, система предотвращения столкновений предотвратит столкновение AGV.
Отраслям промышленности, использующим AGV, необходимо иметь какой-то контроль над AGV. Существует три основных способа управления AGV: панель локатора, цветной графический ЭЛТ-дисплей и централизованная регистрация и отчет. [2]
Панель локатора — это простая панель, используемая для определения того, в какой области находится AGV. Если AGV находится в одной области слишком долго, это может означать, что он застрял или сломался. Цветной графический ЭЛТ -дисплей показывает в реальном времени местоположение каждого автомобиля. Он также показывает состояние AGV, напряжение его аккумулятора, уникальный идентификатор и может показывать заблокированные места. Централизованное журналирование 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 готовности.
AGV — это система, часто используемая в FMS для поддержания работы, транспортировки и соединения небольших подсистем в одну большую производственную единицу. В AGV используется множество технологий, которые гарантируют, что они не столкнутся друг с другом и доберутся до пункта назначения. Погрузка и транспортировка материалов с одного участка на другой – основная задача AGV. Для начала работы AGV требуется много денег, но они выполняют свою работу с высокой эффективностью. В таких местах, как Япония, уровень автоматизации увеличился, и теперь считается, что он в два раза эффективнее заводов в Америке. При огромных первоначальных затратах общая стоимость со временем уменьшается. [ нужна цитата ]
,_Egemin_Automation_Inc.JPG/1280px-Unitload_AGV_(dual),_Egemin_Automation_Inc.JPG)
Автоматизированные управляемые транспортные средства могут использоваться в самых разных целях для транспортировки различных типов материалов, включая поддоны, рулоны, стеллажи, тележки и контейнеры. AGV превосходно справляются со следующими характеристиками:
AGV обычно используются для транспортировки сырья, такого как бумага, сталь, резина, металл и пластик. Сюда входит транспортировка материалов от приемки до склада и доставка материалов непосредственно на производственные линии. [10]
Движение в процессе производства — одно из первых применений, в котором использовались автоматизированные управляемые транспортные средства, и оно включает в себя повторяющееся перемещение материалов на протяжении всего производственного процесса. AGV можно использовать для перемещения материалов со склада на производственные/перерабатывающие линии или из одного процесса в другой. [11]
Перемещение поддонов — чрезвычайно популярное применение для автоматических транспортных средств, поскольку повторяющиеся перемещения поддонов очень распространены на производственных и распределительных предприятиях. AGV могут перемещать поддоны из паллетайзера в стретч-пленку на склад/хранилище или на исходящие отгрузочные доки. [12] [13]
Перемещение готовой продукции от производства к хранению или отгрузке — это окончательное перемещение материалов перед их доставкой клиентам. Эти перемещения часто требуют максимально бережного обращения с материалом, поскольку изделия являются комплектными и могут быть повреждены в результате грубого обращения. Поскольку AGV работают с точно контролируемой навигацией, ускорением и замедлением, это сводит к минимуму вероятность повреждения, что делает их отличным выбором для такого типа применения.
Автоматическая загрузка прицепов — относительно новое применение для автоматизированных транспортных средств, которое становится все более популярным. AGV используются для перевозки и погрузки поддонов с готовой продукцией непосредственно в стандартные внедорожные прицепы без какого-либо специального докового оборудования. AGV могут забирать поддоны с конвейеров, стеллажей или складских дорожек и доставлять их в прицеп в указанной схеме загрузки. [14] Некоторые AGV с автоматической загрузкой прицепа используют естественное нацеливание для просмотра стенок прицепа для навигации. Эти типы ATL AGV могут быть как полностью беспилотными, так и гибридными транспортными средствами. [15]
AGV используются для транспортировки рулонов на многих типах предприятий, включая бумажные фабрики, конвертеры, принтеры, газеты, производители стали и пластмасс. AGV могут хранить и складывать рулоны на полу, на стеллажах и даже автоматически загружать рулоны бумаги в печатные машины. [16]
AGV используются для перемещения морских контейнеров на некоторых портовых контейнерных терминалах. Основными преимуществами являются снижение затрат на рабочую силу и более надежная (менее изменчивая) производительность. Такое использование AGV было впервые использовано в 1993 году в порту Роттердама в Нидерландах . К 2014 году по всему миру насчитывалось 20 автоматизированных или полуавтоматических портовых контейнерных терминалов, в которых используются либо автоматические направляющие транспортные средства, либо автоматизированные краны-штабелеры. [17] В первых AGV использовались дизельные двигатели с гидравлическим или электрическим приводом. Однако все больше AGV используют аккумуляторную энергию и автоматическую замену аккумуляторов , что снижает выбросы и затраты на заправку, но требует более высокой стоимости приобретения и имеет меньший запас хода. [18]
Эффективное и экономичное перемещение материалов является важным и распространенным элементом улучшения работы на многих производственных предприятиях и складах. Поскольку транспортные средства с автоматическим управлением (AGV) могут обеспечивать эффективное и экономичное перемещение материалов, AGV могут применяться в различных отраслях промышленности в стандартных или индивидуальных конструкциях, чтобы наилучшим образом соответствовать требованиям отрасли. Отрасли, в настоящее время использующие AGV, включают (но не ограничиваются):
AGV являются предпочтительным методом перемещения материалов в фармацевтической промышленности. Поскольку система AGV отслеживает все перемещения, обеспечиваемые AGV, она поддерживает валидацию процесса и cGMP (действующую надлежащую производственную практику ).
AGV доставляют сырье, перемещают материалы на склады хранения и обеспечивают транспортировку к другим перерабатывающим цехам и станциям. Обычные отрасли промышленности включают производство резины, пластмасс и специальных химикатов .
AGV часто используются в общем производстве продукции. AGV обычно используются для доставки сырья, транспортировки незавершенного производства, перемещения готовой продукции, вывоза лома и поставки упаковочных материалов.
Установки AGV можно найти на штамповочных заводах, заводах силовых агрегатов (двигателей и трансмиссий) и сборочных заводах, которые доставляют сырье, транспортируют незавершенное производство и перемещают готовую продукцию. AGV также используются для поставки специализированного инструмента, который необходимо заменить.
AGV могут перемещать рулоны бумаги, поддоны и мусорные баки, обеспечивая все рутинные перемещения материалов при производстве и складировании (хранении/извлечении) бумаги, газет, печати, гофрирования, переработки и пластиковой пленки.
AGV могут применяться для перемещения материалов в пищевой промышленности (например, при загрузке продуктов питания или лотков в стерилизаторы) и в «конце линии», соединяя укладчик на поддоны, стретч-упаковщик и склад. AGV могут загружать стандартные внедорожные прицепы готовой продукцией, а также разгружать прицепы для поставки сырья или упаковочных материалов на завод. AGV также могут хранить и загружать поддоны на складе.
AGV становятся все более популярными в сфере здравоохранения благодаря эффективному транспорту и запрограммированы на полную интеграцию для автоматического управления дверями, лифтами, моечными тележками, мусороопрокидывателями и т. д. AGV обычно перевозят белье, мусор, регулируемые медицинские отходы , еду для пациентов. грязные подносы для еды и тележки для хирургических ящиков.
AGV, используемые на складах и 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. [19] Чтобы избежать повреждения хрупких товаров, AGV предпочтительнее на складах, где обрабатываются хрупкие товары, поскольку человеческие ошибки сведены практически к нулю. Склады с опасными грузами в первую очередь внедрили эту технологию, поскольку они могут работать в экстремальных условиях, например, при прохождении через морозильные камеры. [20]
В последние годы индустрия тематических парков начала использовать AGV для поездок. Одна из первых систем поездок на AGV была создана для « Вселенная энергии» компании Epcot , открытая в 1982 году. В аттракционе использовалась проводная навигация для управления «Путешествующим театром». Во многих аттракционах используется проводная навигация, особенно когда сотрудникам приходится часто ходить по дорожке аттракциона, как, например, на (ныне закрытом аттракционе) The Great Movie Ride в Disney's Hollywood Studios . [21] Еще один аттракцион в Голливудских студиях, в котором используется проводная навигация, — это « Башня ужаса в сумеречной зоне» , комбинированный аттракцион с башней и темным аттракционом . Кабины лифтов представляют собой автоматические транспортные средства, которые фиксируются внутри отдельных кабин с вертикальным перемещением для вертикального перемещения. Когда он достигает этажа, требующего горизонтального движения, AGV разблокируется из вертикальной кабины и выезжает из лифта. [22]
Недавней тенденцией в тематических парках является так называемая система безрельсовых поездок, аттракционы AGV, которые используют LPS , Wi-Fi или RFID для передвижения. Преимущество этой системы в том, что поездка может выполнять, казалось бы, случайные движения, каждый раз создавая разные впечатления от поездки.
В AGV используется несколько вариантов зарядки аккумулятора. Каждый вариант зависит от предпочтений пользователя.
«Технология замены аккумулятора» [23] требует, чтобы оператор вручную снял разряженный аккумулятор с AGV и установил на его место полностью заряженный аккумулятор примерно через 8–12 часов (около одной смены) работы AGV. Для этого требуется 5–10 минут с каждым AGV в парке.
«Автоматическая и возможность зарядки аккумулятора» [23] обеспечивает непрерывную работу. В среднем AGV заряжается в течение 12 минут каждый час при автоматической зарядке, и ручное вмешательство не требуется. Если возможность используется, AGV будет получать оплату всякий раз, когда такая возможность возникает. Когда уровень заряда аккумуляторной батареи достигнет заранее определенного уровня, AGV завершит текущую назначенную ему работу, прежде чем отправиться на зарядную станцию.
Автоматическая замена батареи является альтернативой ручной замене батареи. Для всей системы AGV может потребоваться дополнительный элемент автоматизации, автоматическое устройство смены аккумуляторов. AGV подъедут к станции замены аккумуляторов, и их аккумуляторы автоматически заменятся на полностью заряженные. Затем устройство автоматической смены батарей помещает извлеченные батареи в зарядное гнездо для автоматической подзарядки. Устройство автоматической замены аккумуляторов отслеживает состояние аккумуляторов 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 аккумуляторов сокращает количество рабочей силы, необходимой для замены аккумуляторов, последние разработки в области технологии зарядки аккумуляторов позволяют заряжать аккумуляторы быстрее и эффективнее, потенциально устраняя необходимость замены аккумуляторов.
