非接觸混合供電裝配AGV應用

馬 堅，栗移新

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330001）

0 引 言

目前，汽車生產過程中自動導引車（Automatic Guided Vehicle，AGV）的應用愈發廣泛，例如車身與零部件組裝輸送、儀表臺等大尺寸零部件物流投遞以及底盤的合裝等。AGV采用電池作為唯一的動力供給，能夠滿足絕大部分的工況要求。為了在生產節拍、AGV投入數量以及充電時間之間達成平衡，選擇足夠數量的AGV，配置對應的電池容量，規劃一定的充電時間，從而保證AGV以一定的節拍運行。使用電池作為設備動力源最大的問題就是要解決電池充放電的問題，既要保證電池的充電使用效率，又要優化電池充放電循環次數，以延長電池使用壽命。

對于底盤合裝重載AGV，需要頻繁提升前后懸掛，并且在部分工況下需要克服車身的重力完成底盤和車身的合裝。如果采用電池供電，該合裝重載AGV需要配置的電池容量較大，輸出功率大，投資成本高。同時由于高負載功耗生產頻次高，導致AGV充電次數多，電池壽命短，AGV電池更換維修頻繁，運行維護成本高。

隨著每個月的供銷不平衡、新老車型的更迭以及汽車生產線節拍的頻繁調整，需要參與裝配的AGV數量也隨之變化。如果采用固定路徑的非接觸供電AGV，會導致AGV空工位運行浪費，在生產線柔性上也有很大的局限性。為了減少重載合裝AGV電池的維護成本，同時彌補非接觸供電布置不易修改的弊端，本項目設計了非接觸供電加低容量電池的底盤合裝重載AGV，實現了底盤合裝的電能高效使用，并可有效降低運行維護成本。

1 非接觸混合供電方案

混合供電方案是通過非接觸產品外加小容量的電池進行AGV動力供給，埋設的固定高頻電纜涵蓋規劃的未來擴展區域，同時盡量采用直線布局[1]。配套的小容量電池則負責多路徑的融合，跨越電纜埋設困難區域。非接觸混合供電方案多用在高頻電纜無法鋪設或者需要在不同層面工作的AGV系統，如圖1所示。

圖1 供電方案

2 非接觸混合供電裝配AGV系統構成

2.1 AGV系統控制

該非接觸混合供電裝配AGV的控制系統包括AGV導引控制器、人機界面（Human Machine Interface，HMI）面板、無線通信裝置以及導航傳感器等，每臺AGV上裝有的無線裝置和車間監控系統控制柜進行通信，此控制柜還可以作為地面軌道供電的配電柜使用。為了方便閱讀和手工輸入，控制柜的門板上安裝有1個彩色觸摸屏，這樣可以很便捷地監控整個線體和每個AGV小車的運行狀況。

每個AGV小車都帶有一個可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）用來控制驅動、轉向、定位，同時負責和主PLC進行各種聯鎖動作。PLC采取開放式控制，搭配以太網通信的PLC控制3個升降平臺前舉升驅動、后舉升驅動以及站人平臺的升降。AGV小車的程序包含地標讀取及處理子程序、直線引導控制子程序、盲導控制子程序、隨行同步控制子程序、舉升臺控制及軸距調節子程序、安全防護及互鎖子程序、上位通信與調度子程序以及人機界面與外圍控制子程序等。

2.2 非接觸混合供電系統

該非接觸混合供電系統設置有1個初級供電柜，以45 kW功率持續供電。每個AGV小車帶有2個集電器，用于3個舉升電機的供電，輸出電壓為直流560～680 V。每個AGV小車帶有1個集電器和1個電池充電控制器給行走驅動電機供電和蓄電池充電，峰值功率為3 kW，輸出電壓為直流48 V。

經過電控柜輸出的高頻初級電纜，沿AGV車輛行進方向部分鋪設形成回路。AGV小車上的取電器通過電磁感應進行非接觸取電，并通過內部電子單元輸出24 V/48 V的直流電用于給電池充電。該充電方式允許小車實時在線工作，充電區域僅需覆蓋整個行走路徑的一部分。根據線路的長度和AGV小車的物流工藝，可以允許同時多臺AGV在線充電。非接觸混合供電AGV布置如圖2所示。

圖2 AGV布置

非接觸供電系統布置于2條直線段，下方的一條高頻動力電纜用于AGV上汽車底盤零件上件工位的動力供給和給蓄電池充電，上方的一條高頻動力電纜用于AGV升降汽車底盤和車身合裝。在2條供電電纜之間，AGV的移動由蓄電池提供動力，可以通過設置導向磁條來柔性更改AGV的循環路徑。

2.3 AGV導向系統

該非接觸混合供電裝配AGV的自動導引裝置是通過判斷非接觸供電高頻電纜所釋放的磁場最強處來確保AGV嚴格按照電纜所鋪設的軌跡行走，此導向系統不僅能保證AGV車輛的運行軌跡不會跑偏，而且能保證所有動力集電裝置處于高頻電纜正上方，確保動力拾取時的效率。

當AGV系統由于故障需進入維修區進行檢修，面對地面多個方向的高頻電纜，該系統可通過感應標記附加導向拾取裝置的方式進行車輛轉向判斷[2]。用戶可在預埋地面的感應標記中預先注入相應信息，當導向拾取裝置讀取到感應標記信息時，則可自行沿著預設的方向前行，完成一個辨別岔路的動作。電池感應附加標記感應導向如圖3所示，電池感應附加標記感應實現多路徑規劃如圖4所示。

圖3 電池感應附加標記感應導向

圖4 電池感應附加標記感應實現多路徑規劃

2.4 AGV與車身輸送線同步系統

該非接觸混合供電裝配AGV系統的同步裝置選用SICK定位傳感器來實現AGV與車身輸送線的同步，將光電傳感器安裝在AGV上，反射板安裝在每個吊具上。AGV行進過程中，光電傳感器的光電信號通過車身吊具上的反射板返回時，AGV開始同步跟蹤，保證AGV與輸送線同步。在該項目中選用6個SICK DMP2-P11111裝置安裝在AGV上，采用固定安裝形式。PL50A反光板安裝在吊具上，采用可移動安裝形式，在合裝前后由操作者按要求快速安裝，這樣可以最大程度減少反光板的數量[3]。

2.5 非接觸混合供電裝配AGV其他機械系統

該AGV系統的主要機械系統包含前舉升系統、后舉升系統、站人升降平臺3個裝配功能模塊，其中前舉升采用剪床及PACO SPRIALIFT ND6升降機以及SEW電機，后舉升臺采用剪床、PACO SPIRALIFT ND6以及SEW電機，前站人平臺采用剪床、剛性鏈以及SEW電機，每個舉升臺采取剪刀式平衡結構。前后舉升臺裝有拉線絕對值編碼器，同步誤差為8 mm±2 mm。前后舉升系統負責底盤零件與車身的合裝，站人升降平臺負責作業人員的操作高度調整。

行走系統主要由2套獨立的牽引/轉向驅動單元構成，在AGV的前、后各布置1套，每套都帶有1個用來給控制器傳遞導向和定位信息的傳感器[4,5]。每臺AGV包含4套萬向輪組，被分別安裝在AGV的4個角上。完整的非接觸混合供電裝配AGV如圖5所示。

圖5 非接觸混合供電合裝AGV完整結構

3 結 論

傳統電池供電AGV的電池為鎳鎘電池，平均使用壽命為2～3年，平均每年的使用成本約為16.17萬元。而非接觸混合供電方式的電池組為免維護鉛酸電池，平均使用壽命為5～8年，平均每年的使用成本約為0.828萬。在電池使用成本上，非接觸供電AGV在5年內的使用成本約節省76.71萬元。非接觸供電重載合裝AGV有效降低了對電池的依賴，減少了電池的運行和維護成本。結合非接觸充電技術，采用小容量電池提供離線動力，可以最大程度上保證AGV路徑的柔性，彌補了非接觸供電布置不易修改的弊端，實現了底盤合裝設備的電能高效利用，同時維護成本較低。