應用TRIZ 論 決激光定位型自動導引車 復定位偏 過大問題

文/牛海頤

自動導引車(Automated Guided Vehicles，AGV)又名無人搬運車，出現于20世紀50年代，是一種自動化無人駕駛的智能搬運設備，能夠沿預先設定的路徑行駛，是現代工業自動化物流系統，如計算機集成制造系統(CIMS)中的關鍵設備之一。

AGV具有自動化程度高、安全、靈活等特點，可廣泛應用于柔性系統的各個運輸搬運環節，按照系統指令自動存放、搬運各類半成品、成品零部件到規定的位置，從而實現數字化車間物料的自動搬運，是柔性制造生產線和自動化立體倉庫等現代化物流倉儲系統的關鍵設備之一，廣泛應用于汽車制造、機械加工等自動化生產和倉儲系統。

激光導引是目前自動導引車系統中普遍采用的導引方式，根據它的導引原理，自動導引車在導引區中可自由行走并精確定位，利用激光雷達檢測場地中預置的反光板進行定位，自動與柔性生產線、立體倉庫等設備對接。重復定位精度要求較高，如果由于內外因素影響造成重復定位偏差較大，嚴重的可能出現托盤卡死、物料傾毀、損壞對接設備等后果；優化、檢驗重復定位精度也成為AGV系統調試階段耗時費力的工作。因此，分析解決激光型自動導引車重復定位偏差過大問題，可以有效增強系統運行穩定性，提高調試效率。

一、系統分析

常見的激光型自導引車系統主要由以下部分組成：車體（包含舵輪）、控制系統、激光雷達、舵輪角度反饋系統、導航設備（反光板）、控制計算機；與系統相關的外部組成包括運行場地、操作人員、托盤（物料）等，如圖1。

分析主要組件之間關系，可建立功能模型，如圖2。

圖1：激光導引車的組成

激光雷達檢測環境中各反光板位置，對自身進行定位，實時將位置信息提供給自動導引車的車載控制系統。控制系統將該信息與目標位置比對，生成對運動執行機構及舵輪的控制指令，并通過角度反饋系統做速度/位置修正；操作員（或對接設備）在指定位置擺放物料托盤，由自動導引車自動叉取；運行場地支撐自動導引車車體、物料托盤及定位用反光板，當場地條件變化會對托盤、反光板位置，以及舵輪行走狀態造成影響。

圖2：組件功能分析模型

圖3：因果鏈分析

由此進行因果鏈分析，如圖3。

可以看到，系統問題的主要原因可分為：

1.周邊環境因素影響2.人工干擾

3.自動導引車內部原因

針對周邊環境因素影響，可以給出的解決方案是：消除干擾因素；調整反光板。

針對人工干擾，可以給出的解決方案是：

進行規范要求。

針對激光型自動導引車內部原因，可以給出的解決方案是：

矯正出現問題的參數；彌補設計時出現的問題。

二、解決方案

1.技術矛盾

所謂技術矛盾，是指在一個技術系統中兩個子系統之間的矛盾：

在一個子系統中引入一種有用功能，導致另一個子系統產生一種有害功能或加強了已存在的一種有害功能；消除一種有害功能導致另一個子系統有用功能降低；

有用功能的加強或有害功能的減少另一個子系統或系統變得復雜化。

圖4：根據分割原理改進方案

圖5：根據動態特性原理改進方案

圖6：根據嵌套原理改進方案

根據技術矛盾分析主要問題：

如果改變舵輪與角度反饋系統之間的結構，那么舵輪與角度反饋系統將同步運行，但是結構系統可能需要定制，缺少通用性。

提出的參數如下：

改善參數：形態；

惡化參數：適應性及通用性。

根據以上兩個參數，查找矛盾矩陣表，得到以下兩個創新發明原理：分割原理和動態特性原理。

（1）分割原理

把一個物體分割成相互獨立的，或容易組裝和拆卸的部分。

原角度反饋系統中轉向編碼器與齒輪直接安裝，安裝精度要求非常高；而且對編碼器未采取保護措施，舵輪轉向產生的沖擊力，會對編碼器造成物理性損傷。改進后的反饋角度系統將編碼器與齒輪分離，中間增加安裝支座以及同心軸抵消因舵輪轉向帶來的振動，減少安裝精度要求，方便調試。 根據分割原理改進方案，如圖4。

（2）動態特性原理（動態法）

使不動的物體變成可動的或將物體分成可彼此相互移動的幾個部分。根據動態特性原理改進方案，如圖5。

利用技術矛盾中的動態特性原理，在舵輪與轉向角度系統之間增加拉簧擺臂系統。通過拉簧擺臂系統，使舵輪與角度反饋系統之間緊密連接，優化機構間的嚙合關系，消除由于安裝過緊產生的有害徑向力，自動補償磨損造成的齒輪間隙，保證角度反饋系統與舵輪同步動轉。

2.物理矛盾

物理矛盾含義是指一個技術系統中，由表述系統性能的同一個參數具有相互排斥（相反的或不同的）需求所構成的矛盾稱之為物理矛盾。我們選取的物理參數為能量消耗。即：運動物體能量消耗既要大，以達到驅動目的；又要小，以優化整機。物理矛盾分別有四個分離原理，分別是：（1）空間分離；（2）時間分離；（3）條件分離；（4）整體與局部分離。我們選取的分離原理為空間分離原理。

空間分離原理：將沖突雙方在不同的空間上進行分離，以獲得問題的解決方案。選取了空間分離中的局部嵌套原理進行解決。

局部嵌套原理：把一個物體嵌入第二個物體，然后將這兩個物體再嵌入第三個物體：讓某物體穿過另一個空腔。

舵輪傳遞到角度反饋編碼器的位置不準確或不正確，編碼器長期被動運轉將導致位置編移，糾其根本是結構設計問題。

利用空間分離的嵌套原理，在角度反饋編碼器安裝支座中增加同心軸結構，保證編碼器與舵輪的穩定性，減少磨損以及安裝精度要求，延長設備使用壽命。嵌套原理改進方案，如圖6。

三、結論

本文應用TRIZ理論，優化轉向角度系統結構，提高自動導引車反饋數據準確性，降低安裝調試難度，減少人員安裝調試時間，并延長了自動導引車關鍵部位的使用壽命，降低維修成本以及因自動導引車非正常定位造成生產事故的幾率。