激光導航AGV在機車系統的應用

車 菲 （沈陽新松機器人自動化股份有限公司，遼寧 沈陽 110169）

激光導航AGV（Laser Automatic Guided Vehicle，LGV）是一種無人駕駛的激光自動導引運輸車。激光導引是在AGV行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板，AGV通過激光掃描器發射激光束，同時采集由反射板反射的激光束，來確定其當前的位置和航向，并通過連續的三角幾何運算來實現AGV的導引。它是目前國外許多AGV生產廠家優先采用的先進導引方式，國內極少數公司才能將激光導航技術應用于AGV產品上。

新松機器人自動化股份有限公司，始終走在自動導引車技術開發創新的前沿，擁有完全自主控制技術的多種型號自動導引車（AGV），用戶面向國內外。在激光導引AGV領域，新松公司開發出基于CAN總線的控制部件，并且成功應用于各種AGV上，增強了自動導引車控制系統的可靠性。這項核心控制技術的掌握，填補了國內物流高端設備技術領域的空白，促進了這種物流高端設備在我國的應用。

此項技術最大的優點是，AGV定位精確；地面無需其他定位設施；行駛路徑可靈活多變，能夠適合多種現場環境，它是目前國內外應用較先進的導引方式；缺點是制造成本高，對環境要求較相對苛刻（外界光線，地面要求，能見度要求等），不適合室外（尤其是易受雨、雪、霧的影響）。

以下是某大功率機車檢修基地采用新松機器人自動化股份有限公司設計的激光導引AGV來運輸大型部件的實例。 和諧型大功率機車是我國鐵路引進消化吸收再創新的重大成果，是具有完全自主知識產權、世界上最先進的機車（如圖1），是我國鐵路未來客貨運輸的主力機型。和諧型大功率機車檢修基地的建設，將承擔和諧型大功率電力機車綜合維修和生產制造任務，可以有效實現大功率機車的專業化、集中化檢修，促進我國裝備制造業水平的提升。其生產線上應用的AGV輸送車，具有無軌、智能、站點識別、自動導引、無線通訊能力，在自動運行時有較高的靈活性，其應用實現了機車檢修基地大部件運輸管理的自動化、智能化、信息化，提高了工作效率，降低差錯率，同時也使作業流程綜合自動化水平邁上一個新的臺階。

圖1 某大功率機車檢修基地的AGV車體實物圖

1 激光導航工作原理

激光掃描器利用反光板，通過三角測量原理測定AGV在坐標系的位置，系統的反光板數量是冗余的，再通過求解誤差方程來消除系統誤差對測量結果的影響，最后在加上AGV本身速度對測量結果的修正（如圖2、圖3）。AGV的運行速度越高，測量的誤差越大，所以要想實現高精度的停車，必須使AGV做一段低速的運行。反光板的最大極限距離為70m，一般建議反光板最好在5～10m范圍，這樣測量的精度最高。軟件版本滿足160m×100m的運動范圍要求。

圖2 激光導航工作原理

圖3

激光掃描器內部的控制器，通過內部的地圖信息來分辨來自真正反光板或其他反射物體（如燈、窗戶、鋼板和太陽光）的不同反射光。有效地降低激光掃描器對其他干擾光源（如燈、窗戶、鋼板和太陽光）的敏感程度，濾出其他光源的干擾。

AGV使用專用旋轉式激光測量傳感器，測量速度快，精度高，通常稱作激光頭。該傳感器使用紅外波段，低能量脈沖式激光，且不使用傳統的點式光源的光路，激光的光路發散， 可保證在任何情況下均不會對人眼造成傷害，該傳感器使用“測距＋測角”的測量算法，使用專用處理器計算位置信息，即保證了系統的測量速度，又提高了測量的可靠性和精度，可充分保證AGV的控制精度。

采用激光導航的方法，反光板是其中的主要構成元素，反光板由平面反光膜或圓柱形反光膜構成，安裝在專用型材支架上。新松公司使用激光導航方式，地面無任何誘導線，現場施工量很小，可比較靈活的改變路徑，使系統的柔性更大。

2 AGV基本參數技術要求

AGV的機械結構由車架，驅動裝置等組成（如圖4）。

驅動方式：全方位驅動

導航方式：激光導航

AGV導航精度為±10mm。

停車位置精度為±10mm。

AGV最大速度為42m/min。

AGV在運行前方裝有非接觸式激光防碰傳感器，當AGV運行時，前方一定距離內發現障礙物，AGV可減速停車，保證AGV及周邊人員設備的安全。

車體尺寸 3 180×1 500×2 125（mm）。

AGV負載能力：3 000KG。

通訊方式為：無線局域網。

圖4

3 AGV電氣系統的構成

國產自主控制技術的激光導引AGV主要由車載控制器、伺服驅動系統、激光定位系統、安全系統、供電系統、通訊系統和手動維護系統等部分構成（如圖5）。實現了AGV控制器的通用性與模塊化，各功能模塊性能穩定可靠且分工明確，即保證了AGV整體性能的靈活配置，又便于不同系統功能的擴充與維護。

在新松公司的系統中，各個子系統與車載控制器的連接通過CAN總線的方式交換信息，既減少了AGV的線束，又便于系統的維護，同時系統可以很方便地進行裁減。

圖5

4 AGVS系統構成

AGV控制臺是AGV系統的中央管理器，它主要負責對整個AGV系統進行管理、調度和維護，其主要有任務分配和避碰管理等功能（如圖6）。

圖6 系統通信結構

由于采用集中控制的方式，控制臺將成為AGVS系統的核心。它向上可以與上級管理計算機相連接，向下通過無線局域網與系統中的AGV相連接。在多AGV系統中，AGV是按照各自的任務程序運行的，各AGV本身不能進行系統避碰協調，AGV系統控制臺可根據系統中各AGV的位置與狀態自動地發現可能發生碰撞的情況，并發出掛起指令，暫時停止低優先級AGV的運行，在碰撞的可能性消失時，能夠發出指令解除AGV的掛起，允許AGV繼續運行。

控制臺負責AGV運行中的交通管理。保證運行中的AGV與AGV間不發生碰撞和AGV追尾等事故。控制臺將對進入系統和退出系統的AGV進行管理，以保證系統安全運行。

避碰管理：在多AGV系統中，AGV是按照各自的任務程序運行的，各AGV本身不能進行系統避碰協調，AGV系統控制臺可根據系統中各AGV的位置與狀態自動地發現可能發生碰撞的情況，并發出掛起指令，暫時停止低優先級AGV的運行，在碰撞的可能性消失時，能夠發出指令解除AGV的掛起，允許AGV繼續運行。

該系統各組成部分之間采用無線以太網通信方式。任務管理操作終端與管理軟件被分配在工作區的立式終端中，與AGV控制臺之間采用無線通信方式進行數據傳輸。AGV控制臺終端與AGV充電機被置于AGV工作區邊，以便無線信號良好覆蓋，與各AGV之間實現無線以太網通信。AGV充電機信號經由以太網IO模塊經由通信線纜直接與AGV控制臺互連。

在日常使用過程中，用戶僅需對位于工作區的任務管理終端下達運輸指令和相關信息，管理軟件即對所產生的指令下達給AGV控制臺，從而AGV控制臺分配AGV執行各運輸指令。AGV的運動路徑規劃及調度管理，以及充電調度均由AGV控制臺自行完成，無需人為管理操作（如圖7）。

圖7

5 結束語

隨著科技的發展，自動搬運技術的實施勢在必行，因此受到越來越多的關注。在眾多的搬運技術中，因為AGV的優越性，使其成為物流運輸中自動搬運的最佳解決方案。

激光導航AGV在大功率機車檢修基地的應用充分展現了其運作特點，其定位精準，靈活應用于工藝流程的變更，改變了傳統的人工運輸，促進了企業的技術進步和飛速發展，改善了工人的作業環境，提高了自動化生產水平，提高效率的同時，也為企業爭得了很好的效益。

國產激光導引AGV的誕生，是我國物流發展史上的光輝一筆。它正在以勢不可擋地趨勢涌進更多的行業，滿足更多用戶的需求，為我國物流產業向高端技術領域發展做出不可磨滅的貢獻。