基于工程領域下AGV技術的應用發展

摘 要：近年來，由于中國人口紅利的不斷下降，企業的人力成本逐年增加，此時，AGV因其綠色節能、穩定可靠、自動化程度高等性能則被廣泛運用在各大領域當中，甚至智慧物流、消防救援、軍工設備、醫用服務、探索太空、海底建設、大型表演等特殊領域。本文旨在就AGV在工程領域下的實際應用與發展現狀進行簡要探究。

關鍵詞： 智能糾偏;PID控制;自動化;智慧物流

【Abstract】 In recent years， due to the continuous decline of Chinese dividends， the labor costs of enterprises increased year by year， at this time， because of its green energy saving， stability and reliability， high degree of automation performance， AGV is widely used in the major industrial engineering fields， even such areas as intelligent logistics， fire and rescue， military equipment， medical services， exploration of space， submarine construction and artistic performance. The purpose of this paper is to make a brief study of the practical application and development of AGV in the field of engineering areas.

【Key words】 ?intelligent correction; PID control; automation; smart logistics

1 AGV的概念及分類

自動導航運輸車（Automated Guided Vehicle，AGV）是一種無人操作的智能化自動搬運的設備，能夠基于PID控制算法沿著預先規定的設置路線進行智能糾偏行駛，具有搬運、裝配、分揀等功能，是制造業生產，柔性管理的重要輔助設備。不同領域的AGV的分類有很多，對此可做闡釋分述如下。

（1）根據小車的車輪數量，大致可以分為：兩輪、三輪、四輪、六輪、驅動輪配合轉向機構（萬向輪結構）、驅動輪配合從動、制動機構。

（2）按照AGV的牽引方式，大致可以分為：光學式、磁條式、超聲波式、激光式、電磁式、圖像識別和慣性式等。其中，國內市場中小型企業多采用磁條和圖像導引方式的AGV。

（3）按照應用功能，大致可以分為：運輸式、裝配式、分揀式、重載式、巡檢式、教學展示和藝術表演式等等。其中，運輸與裝配式AGV主要應用在工程管理領域。

（4）按照運動工作過程中自由度的性質，大致分為兩大類：差速輪式AGV（見圖1）與全方位移動（麥克納姆輪式）AGV（見圖2）。國內市場多采用差速輪AGV。

2 國外應用研究現狀

世界上最早的一輛AGV誕生于1953年美國Basrrett電子公司，這是由一輛牽引式拖拉機改造而成的，采用電磁導引方式，沿著預置在空中的導線運輸貨物。

1969年，瑞典首次在制造業工程中采用了AGV進行裝配與運輸，到1985年為止在瑞典共有1 250臺AGV運行在75個AGV系統中;1963年，日本引進了第一臺AGV，十余年之后日本以每年數十個AGV系統的量級向上持續增長，目前已有住友重機、平田電機、神鋼電機等二十余個生產廠商生產的不同種類的AGV。從20世紀90年代國際上的學者開始將視覺導航技術應用于AGV中。美國普渡大學研發出基于視覺導航的AGV，通過雙目視覺傳感器來獲取環境的三維信息，結合超聲波傳感器或者激光掃描儀等來實現安全避障、精確定位等多種功能。卡耐基梅隆大學也研發了多種視覺系統，其中RALPH系統獲得了較大成功，并得到了廣泛應用。2004年1月10日，美國火星探測器小車“勇氣號”在世界矚目下成功著陸在火星的表面。與此同時和“勇氣號”同為雙胞胎兄弟的另外一輛“機遇號”火星探測器小車在2004年1月25日也成功登陸火星表面。探索地球之外的生命之源，標志著人類應用AGV的技術水平已經達到了一個新的高度。目前，國際上較為尖端的AGV制造公司有美國的KHsystems公司，德國的KUKA，芬蘭的Mir公司，瑞典的OTTO MOTORS以及日本的豐田集團等。

3 國內應用研究現狀

中國發展AGV相比較國外稍晚。近些年來，隨著中國制造業市場的快速發展，企業對生產、裝配、運輸等制造過程的時效性提出了明確要求，作為制造業的一項黑科技，AGV也得到了快速發展。中國AGV發展目前已經涉及到的領域有制造生產、工程搬運、消防滅火、大型表演、太空探索，海底探索等。現如今國內較為知名的制造AGV企業有：中科院沈陽新松機器人自動化股份有限公司、中信集團旗下中信重工自動化有限公司、云南昆船智能裝備有限公司。由這些公司研發出品的AGV性能穩定可靠，功能多樣，成本廉價，綠色節能。而且根據不同領域的需求，中國已能自主研發出多種類型的AGV，大致分為：移送運輸型AGV、背負載重型AGV、分揀裝配型AGV和潛伏搬運型AGV。

2013年12月2日，中國成功發射了“嫦娥三號”探測器。2013年12月15日，“玉兔號”探測器小車順利著陸在月球表面，此后，“玉兔號”圍繞著探測器進行拍照，并于第一時間傳回探測器的完整照片。

2016年10月10日，北京故宮博物院迎來91周年華誕。故宮為了慶祝這一盛事，即于當天在太和殿區域進行了建院以來最大規模的消防實兵演習。中信重工機械股份有限公司自主設計開發的防爆消防滅火偵察AGV參與演練，實現了機器人首次走進故宮“滅火”。在演習當中，北京故宮博物院現場模擬太和殿遭雷擊失火，由中信重工開誠智能裝備有限公司研制的RXR—MC80JD新型防爆消防滅火AGV，在不到10 min的時間內，拖著數百公斤重的水帶，越過障礙，快速完成了滅火和降溫任務。

2018年2月25日，平昌冬奧會閉幕儀式表演現場，24臺來自沈陽新松機器人公司自主研發的智能AGV（見圖3）和26名舞蹈演員共同協作演繹了一場完美的藝術與智能的結合，驚艷全場，當智能和藝術能夠完美地融合在一起的那一刻，體現了中國自主研發的AGV已達到一個前所未有的水平，同時也向世界展現了一個科技發達，藝術高超的當代中國。

2019年1月3日，“玉兔二號”，嫦娥四號任務月球車（見圖4），于22時22分完成與嫦娥四號著陸器的分離，駛抵月球表面，再次實現月球表面著陸，成為中國航天道路上又一個里程碑式的技術突破。目前市場上，中國已是全世界AGV需求最大的發展中國家，而AGV也將是制造業進入快速時代的必須配套設備，隨著國家對科技強國戰略的投入力度的不斷加大，未來中國的AGV一定會擁有更為廣闊的市場前景。

4 研究的意義

2014年10月10日，中德政府雙方簽署了關于“工業4.0”的合作文件，2015年3月5日，李克強總理在全國兩會上作《政府工作報告》時首次提出“中國制造2025”的宏大計劃。隨著兩項制造業相關政策的提出，對于制造業“第三利潤源泉”當中的物流問題則成為企業關注的熱點。近年來，由于人力資源市場的蕭條，人工作業的成本越來越高，在此形勢背景下，智慧物流便應運而生。所謂智慧物流，即在傳統的物流行業添加智慧的方法和手段去更新傳統方式進行管理，主要通過物聯網整合物流資源，根據現有物流資源與需求方進行快速服務匹配，給予強大物流支持。相比較而言，傳統物流環境，在倉庫管理中需要人工采集實物的相關信息，工作效率較低，貨物存放混亂，劃分不清晰，搬運障礙多，人為因素影響大，導致常常因實物稍多便耗費了更多的工作量，延長了生產周期，增加了制造業的成本。而AGV的出現，憑借著其節能、高效、靈活、PID控制算法的準確性等特點，適應了智慧物流的最新發展要求，在速度、精度、強度、可靠度、靈活度上均對物流管理上有跨越式的提高，通過自動掃描實物二維碼信息，自動采集實物相關物流信息，將個體信息上傳至中央數據處理系統，由中央數據處理系統再進行分類優化配置，自動分揀，運輸，存放等一系列實用功能。

5 結束語

當前，越來越多的企業在物流管理、制造裝配上均大幅增加了以機器替換人的崗位。類如近年來的“雙十一”、“6.18”等購物狂歡節當下，巨量的實物數據需要可觀的人力成本投入，而智慧物流當中尤其以AGV技術為核心驅動力量，阿里巴巴、蘇寧易購、京東等電商平臺公司，也相繼推出自主研發的能夠應對海量數據管理與運輸貨物的AGV（見圖5）。因此，研發AGV的新技術已刻不容緩。隨著世界人口逐漸趨于老齡化，人力成本的急劇上升，發展智能制造，智慧物流已是必然的發展趨勢。發展AGV技術即是發展民族工業，發展AGV產業即是建造人類智能時代的新格局，相信在未來人類科技不斷創新的引領下，智能制造最終會為人們提供更為先進的生產方式和更為便捷的生活環境。

參考文獻

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