什么是AGV?

 

       AGV即Automated Guided Vehicle，簡稱AGV。當前最常見的應用如:AGV智能搬運機器人或AGV小車，主要功用集中在自動物流搬轉(zhuǎn)運，AGV智能搬運機器人是通過特殊地標導航自動將物品運輸至指定地點，最常見的引導方式有磁條引導、激光引導、RFID引導等。
       我院復合制造與智能識別研究所在AGV領域深耕多年，研發(fā)出了新一代AGV智能物流機器人，其關鍵部件與軟件技術(shù)的研究實現(xiàn)了AGV的自動化、個性化、系統(tǒng)化的新模式；同時，實現(xiàn)了機器自動化生產(chǎn)、作業(yè)管理網(wǎng)絡化、輸入產(chǎn)量需求即可自動準確完成的人性化、漸已形成了以機器為主，人工監(jiān)察的自動化生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，大大的提高了生產(chǎn)效率及質(zhì)量，也給人創(chuàng)造了安全的作業(yè)環(huán)境。
我院復合制造與智能識別研究所（簡稱“復合制造所”）研發(fā)的新一代AGV智能物流機器人的強大性能。

科技研發(fā)

1，AGV的用途：
      市面上的AGV搬運機器人主要集中應用在制造業(yè)物料搬運方面，AGV在制造業(yè)應用中以其高效、準確、靈活地完成物料的搬運任務而著稱。同時，它可以多臺AGV組成柔性的物流搬運系統(tǒng)，搬運路線可以隨著生產(chǎn)工藝流程的調(diào)整而及時調(diào)整，使一條生產(chǎn)線上能夠制造出十幾種產(chǎn)品，大大提高了生產(chǎn)的柔性和企業(yè)的競爭力。AGV作為基礎搬運工具，AGV的應用深入到機械加工、家電生產(chǎn)、微電子制造、卷煙等多個行業(yè)，生產(chǎn)加工領域成為AGV應用最廣泛的領域，它是柔性制造的基礎工具。

2，研發(fā)目標：
      下一代智能工藝AGV，調(diào)度與自主避障問題將變得非常困難，伴隨AGV數(shù)量越多，調(diào)度難度呈指數(shù)級增大。因此，調(diào)度系統(tǒng)成為AGV行業(yè)的一個關鍵技術(shù)，而且能夠調(diào)度的AGV數(shù)量也成為評判系統(tǒng)強大與否的重要指標。雖然目前從事AGV行業(yè)的企業(yè)很多，但是具有大數(shù)據(jù)量和復雜調(diào)度能力的企業(yè)并不多見，而能夠真正把調(diào)度系統(tǒng)優(yōu)化的很好、能夠最高效率地利用AGV系統(tǒng)的企業(yè)更是屈指可數(shù)。
       工業(yè)領域的AGV，高可靠性、低維護性也是行業(yè)倒逼的結(jié)果。開發(fā)高可靠性、高速度、高角速度的驅(qū)動舵輪是提高定位能力、減少故障率、提升生產(chǎn)系效率的重要舉措之一。AGV舵輪集成了驅(qū)動電機、轉(zhuǎn)向電機、減速電機等一體化的機械結(jié)構(gòu)，集產(chǎn)品、行走、牽引和轉(zhuǎn)向功能為一體，可以荷載和牽引較重的貨物，從   而滿足下一代智能AGV大載荷和精準定位的應用需求。
       我院復合制造所，針對下一代系統(tǒng)大吞吐量智能AGV的調(diào)度需求和汽車矩陣式制造的高匹配精度要求，建立應對數(shù)據(jù)吞吐量階躍提升的方法，形成多種類、寬適應和大吞吐量的智能工藝AGV的新型中控系統(tǒng)，突破了與多類傳統(tǒng)AGV協(xié)同調(diào)度的數(shù)量難題；研發(fā)高定位精度舵輪系統(tǒng)，解決AGV可靠高精密傳動問題；最終以中控和舵輪為關鍵牽引，形成適用 “五大理念”的智能AGV整車樣機。

 

科技創(chuàng)新

1，改進的激光SLAM導航定位技術(shù)
       國內(nèi)某公司AGV產(chǎn)品負重1500kg的重復定位精度在±10mm，國外某知名AGV產(chǎn)品負重1500kg時精度前進重復定位精度在±5mm，橫行停止精度在±10mm。本項目通過改進粒子群進化算法對粒子波的運動模型采樣粒子進行優(yōu)化，改善粒子濾波算法的退化現(xiàn)象，提高SLAM算法的定位精度。

2，改進的電機驅(qū)動器控制技術(shù)
       針對現(xiàn)有的電機驅(qū)動控制中存在舵輪速度波動率較高且電機的重復定位精度較高等問題，提出微分前饋終端滑?？刂撇呗?，速度環(huán)采用自適應模糊控制方法，提高速度環(huán)抑制速度波動能力，在位置環(huán)加入快速終端滑?？刂?，提高舵輪位置控制精度。

 

 

3，改進軌跡追蹤算法研究
       針對現(xiàn)有AGV軌跡跟蹤速度慢，跟蹤精度不高等問題，提出一種Back-stepping的控制算法結(jié)合Lyapunov設計控制器，提高魯棒性和跟蹤的精確性最終實現(xiàn)AGV整車重復定位精度的目標。

 

 

4，實時處理大量數(shù)據(jù)滿足各種場景需求
       基于的Kafka架構(gòu)來實現(xiàn)AGV集群系統(tǒng)的調(diào)度功能，其具有分布式、支持分區(qū)、多副本等特點，最大優(yōu)點就是可以實時處理大量數(shù)據(jù)滿足需求場景。該項目提出的改進遺傳算法，能有效降低系統(tǒng)的負載量標準差，其數(shù)值下降63.58%。該算法有助于緩解實際生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)嚴重擁堵現(xiàn)象。提出利用表面微織構(gòu)、二維材料添加劑等方法，解決液體超滑受速度、壓力和溫度等因素的限制，建立高速、重載等情況下的固液耦合超滑體系。解釋超滑界面形成、演化和時效機制，建立固液耦合超滑的物理模型，突破液體超滑的壓力極限。以此解決舵輪中關鍵部件摩擦磨損問題，提高舵輪精度和穩(wěn)定性。

5，改進人工蜂群調(diào)度任務分配算法技術(shù)
       在AGV的調(diào)度更新策略中，利用其線性更新維數(shù)機制加快搜索過程。AGV在活動區(qū)域的行駛路徑單一導致?lián)矶隆ｊP鍵技術(shù)是引入“基于圖論搜索算法和均衡負載與強化學習的多AGV路徑規(guī)劃算法的技術(shù)”。通過該算法，獲取高密度AGV調(diào)度路徑規(guī)劃問題的最優(yōu)解。

 

 

區(qū)域內(nèi)擁堵情況對比圖：
上圖為正常A*路徑規(guī)劃的擁堵情況
下圖是基于圖論算法優(yōu)化后的

 

IABC提升調(diào)度規(guī)模自適應性、提高調(diào)度效率對比圖：
左圖為普通ABC（蜂群算法）任務分配效率圖
右圖是IABC（智能蜂群）任務分配效率圖
 

具有“五大新理念”的新型AGV

       如圖展示AGV標準負載是600KG，采用SLAM激光+視覺定位及慣性導航綜合導航策略。硬件結(jié)構(gòu)采用公模的方式，是業(yè)內(nèi)主流的工業(yè)設計，也是相對穩(wěn)定的設計，可以應對80%以上的工廠環(huán)境。其優(yōu)勢在于提供更智能的軟件定制化服務，是清華大學獨有技術(shù)，具備智能加速、智能避障、智能選路、智能超車功能。驅(qū)動方式為雙舵輪驅(qū)動，車體有更高的自由度。

 

應用價值

       汽車行業(yè)對AGV應用領域需求巨大。AGV在汽車行業(yè)的典型應用主要在于發(fā)動機裝配線，或者底盤和平臺的對接。比如：原材料的自動運輸、總裝線的運輸、測試區(qū)的往來運輸以及生產(chǎn)車間與成品之間的自動運輸。無論是從使用量還是應用成熟度，汽車行業(yè)無疑是AGV最強大的市場和最大的支持力量。
       一個汽車企業(yè)往往要使用數(shù)百臺甚至上千臺AGV，如東風日產(chǎn)廣州花都工廠就使用了超過1000臺AGV。從目前國內(nèi)汽車制造廠商的數(shù)據(jù)來看，大多數(shù)汽車企業(yè)都采用了國產(chǎn)的AGV作為廠內(nèi)生產(chǎn)物流的一個流通硬件，國產(chǎn)化率較高。因此，需要大力發(fā)展國產(chǎn)智能AGV調(diào)度系統(tǒng)，滿足生產(chǎn)需求。

 

 

一汽紅旗現(xiàn)場應用
       目前，我院復合制造所與長春一汽紅旗就AGV（移動機器人）在涂裝、總裝車間的應用開展了一系列深度的研究和合作。目前“涂裝多功能AGV研究”已完成現(xiàn)場應用，作為我國首款應用在汽車制造工藝流程中可以替代滾筒線的超高精度多功能AGV，該設備的投入使用，可大幅度提高汽車產(chǎn)線柔性并促進產(chǎn)線向高端智能化作業(yè)的轉(zhuǎn)變，為促進汽車制造在“工業(yè)4.0”中的“矩陣式”生產(chǎn)模式的發(fā)展打下夯實的基礎。
       同時，為企業(yè)開發(fā)的“總裝車間AGV智能集群調(diào)度研究”，實現(xiàn)了紅旗長青總裝車間多種類AGV間的高度協(xié)同配合功能，其中的亮點與難點是進行SLAM激光AGV與磁條AGV協(xié)同作業(yè)技術(shù)開發(fā)，在“磁條導航AGV與智能調(diào)度系統(tǒng)”的基礎上，通過實現(xiàn)6臺SLAM智能激光配合15臺磁條AGV共同完成產(chǎn)線任務（包含多車編組，規(guī)定車輛超車，激光AGV伴隨磁條AGV等功能），解決了長青基地總裝車門線AGV的部分擁堵問題。該系統(tǒng)在傳統(tǒng)磁條AGV的基礎之上實現(xiàn)了2種不同導航策略的AGV的相互協(xié)同，為企業(yè)創(chuàng)造了更高的經(jīng)濟效益。

 

復合制造與智能識別研究所
       清華大學天津高端裝備研究院復合制造與智能識別研究所以表面工程、非標自動化、在線檢測以及智能識別技術(shù)為技術(shù)核心，開展了高速電機的絕緣軸承噴涂的表面工藝、航空非標制造、視覺檢測以及AGV整車、AGV舵輪關鍵零部件生產(chǎn)等高端研發(fā)項目。項目團隊成員80%以上具有重點高校碩士以上學歷，通過自主研發(fā)與創(chuàng)新，解決產(chǎn)業(yè)化核心問題，已與多家制造企業(yè)公司合作，解決生產(chǎn)難題，優(yōu)勢互補、資源共享，整合產(chǎn)業(yè)鏈，形成集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售為一體的團隊。

 

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來源|復合制造與智能識別研究所

編輯|王肖

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