自動(dòng)導(dǎo)引車（AGC）作為現(xiàn)今工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)典型的應(yīng)用，以其小巧、布置靈活、柔性度高，以及高節(jié)拍效率等優(yōu)勢，在物流領(lǐng)域及流水線裝配領(lǐng)域中，發(fā)揮了舉足輕重的作用。本文詳細(xì)描述了AGC系統(tǒng)構(gòu)成方案和設(shè)計(jì)思想，并對AGC設(shè)計(jì)時(shí)所要考慮的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析，使AGC規(guī)范化、安全化，從而更可靠地集成到工業(yè)自動(dòng)化車間。

隨著我國大力提倡工業(yè)自動(dòng)化，以及《中國制造2025》發(fā)布以來，國內(nèi)智能裝備生產(chǎn)商猶如雨后春筍般快速發(fā)展壯大，工業(yè)自動(dòng)化發(fā)生巨大變化，無人車間、數(shù)字化工廠等等，使得工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備發(fā)展及普及迅速。

自動(dòng)導(dǎo)引車AGC（Automated Guided Cart）屬于“簡易型”AGV（Automated Guided Vehicle），但隨著控制芯片技術(shù)的發(fā)展，AGC的能力已基本上接近AGV。

簡易型AGC已不再是性能減弱的AGV簡單版本，而是有著極具模塊化、一體化的集成化控制設(shè)備；控制系統(tǒng)及電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，使得AGC在組裝和配線上可采用流水線生產(chǎn)而極大降低產(chǎn)品成本；AGC的模塊化構(gòu)造，可以很容易地集成到對應(yīng)定制化機(jī)械本體或簡易框架上；采用電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護(hù)以及各種移載功能的運(yùn)輸車。同時(shí)，AGC系統(tǒng)還包含上一級(jí)控制及調(diào)度管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)多車柔性任務(wù)及路徑分配和AGC之間的交通管理。

一、AGC系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)思想和關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)方法

1.AGC系統(tǒng)的物料運(yùn)送方案

• 線邊設(shè)備或操作工在AGC上料點(diǎn)，通過數(shù)據(jù)通訊或人工按鈕確認(rèn)物料準(zhǔn)備好信息；

• 物料準(zhǔn)備好信息會(huì)傳輸?shù)紸GC控制臺(tái)，再由AGC控制臺(tái)調(diào)度AGC拉走滿料車；

• AGC把滿料車運(yùn)送到卸料點(diǎn)，卸料點(diǎn)的選取原則是就近和空閑；到達(dá)后開始聲光報(bào)警提示操作；

• 卸料點(diǎn)可配置LED顯示屏滾動(dòng)顯示任務(wù)，包括AGC編號(hào)、料架編號(hào)、緊急程度、執(zhí)行人等信息；每個(gè)LED顯示屏只顯示對應(yīng)卸料點(diǎn)位置，可由叉車卸貨；叉車上可配備PDA滾動(dòng)顯示任務(wù)，叉車司機(jī)根據(jù)自己的位置狀態(tài)，參照PDA和LED顯示，使用無線按鈕盒，選擇自己最方便執(zhí)行和最緊急的任務(wù)；一旦某個(gè)叉車司機(jī)選擇了某個(gè)任務(wù)，則該任務(wù)在LED屏幕上就會(huì)顯示已經(jīng)由該叉車執(zhí)行，同時(shí)在LED及其它叉車的PDA上也會(huì)顯示已經(jīng)有人執(zhí)行，不能再選擇。若由線邊機(jī)構(gòu)對接，對應(yīng)AGC會(huì)上報(bào)控制臺(tái)預(yù)備下貨狀態(tài)，由控制臺(tái)協(xié)調(diào)對接動(dòng)作，過程中通過互鎖信號(hào)保護(hù)及確認(rèn)完成；

• 輸送空料架的任務(wù)，會(huì)根據(jù)走行距離等預(yù)置時(shí)間，提前安排；

• 若需更換料架，地面可配置RFID讀頭讀取料架信息，進(jìn)行任務(wù)校驗(yàn)，如果正確，則AGC短時(shí)報(bào)警提示后離開，否則會(huì)生成一個(gè)新的任務(wù)，更換錯(cuò)誤的料架，這個(gè)任務(wù)也會(huì)在LED及PDA上顯示，AGC持續(xù)報(bào)警直至正確放置在料架。料架正確放置后，LED及PDA的顯示任務(wù)狀態(tài)才會(huì)是完成。

2.AGC系統(tǒng)的任務(wù)分配模式

AGC上層系統(tǒng)的任務(wù)分配，采用細(xì)化模式：

具體工作中，可以分成從上料點(diǎn)至卸料點(diǎn)的滿料車輸送為一個(gè)任務(wù)，從卸料點(diǎn)至上料點(diǎn)上線為另一個(gè)任務(wù)，每臺(tái)AGC不是固定為某條線服務(wù)。

這種模式有諸多優(yōu)勢：

• 一旦AGC在任務(wù)執(zhí)行過程中發(fā)生故障，對整體生產(chǎn)運(yùn)行影響范圍小，需要人工介入處理的工作量小。

• 每臺(tái)AGC安排任務(wù)更加靈活機(jī)動(dòng)，提高了AGC的利用率。

• AGC運(yùn)行線路中設(shè)置了AGC停泊位，在產(chǎn)能不需要太多的AGC時(shí)，AGC控制臺(tái)可以自動(dòng)把多余的AGC調(diào)度到停泊位等待。

3.AGC系統(tǒng)的物料切換模式

• AGC系統(tǒng)控制臺(tái)可以接受上位機(jī)的生產(chǎn)安排（如從車間MES系統(tǒng)獲?。?，控制臺(tái)可預(yù)置不同物料品種的節(jié)拍數(shù)據(jù)，在正常情況下，不需要人工干預(yù)即可實(shí)現(xiàn)物料的切換；

• 車間管理系統(tǒng)需要在物料切換前預(yù)設(shè)值時(shí)間，并提前把模式更換指令發(fā)送到AGC控制臺(tái)；

• AGC系統(tǒng)的管理機(jī)可以實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)度，不需要專門進(jìn)行人工干預(yù)。

二、AGC系統(tǒng)的構(gòu)成

AGC系統(tǒng)，主要由AGC控制系統(tǒng)和調(diào)度管理系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、AGC、自動(dòng)充電系統(tǒng)等構(gòu)成，如圖1。

1.AGC控制系統(tǒng)和AGC調(diào)度管理系統(tǒng)

控制臺(tái)基于PC架構(gòu)有良好的價(jià)格優(yōu)勢和性能擴(kuò)展能力，其AGC控制系統(tǒng)和AGC調(diào)度管理系統(tǒng)是AGC系統(tǒng)的調(diào)度管理中心，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理，與第三方設(shè)備及上位機(jī)交換信息，生成AGC的運(yùn)行任務(wù)，解決多AGC之間的避碰問題等。

由于采用集中控制的方式，控制臺(tái)將成為AGC系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的核心。它與主服務(wù)器進(jìn)行大容量高速數(shù)據(jù)交換，完成AGC運(yùn)動(dòng)信息的數(shù)據(jù)共享，控制臺(tái)與上位機(jī)生產(chǎn)調(diào)度管理（如MES）系統(tǒng)留有接口，可以接收調(diào)度命令和報(bào)告AGC的運(yùn)行情況?？刂婆_(tái)滿足工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境要求，有足夠的運(yùn)算速度和管理能力?？刂婆_(tái)在實(shí)時(shí)調(diào)度在線AGC的同時(shí)將在屏幕上顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)，包括在線AGC的數(shù)量、位置(包括AGC處于的地標(biāo)位置)狀態(tài)、已完成的轉(zhuǎn)運(yùn)數(shù)量等。

控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)AGC運(yùn)行中的交通管理。保證運(yùn)行中AGC與AGC間的最小間距，使其不發(fā)生碰撞和追尾等事故，AGC控制臺(tái)內(nèi)有避碰參數(shù)設(shè)置文件，可對不同的區(qū)域設(shè)置不同的避碰原則，有效控制各種條件下AGC的安全間距?？刂婆_(tái)將對進(jìn)入系統(tǒng)和退出系統(tǒng)的AGC進(jìn)行管理，以保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。

AGC調(diào)度管理系統(tǒng)采用集中調(diào)度管理方式，可以根據(jù)生產(chǎn)管理系統(tǒng)下達(dá)運(yùn)輸任務(wù)、AGC的工作狀態(tài)、運(yùn)行情況等，通過通訊系統(tǒng)將命令和任務(wù)傳遞給被選中的AGC，被選中的AGC根據(jù)控制臺(tái)中管理系統(tǒng)的命令完成發(fā)動(dòng)機(jī)的輸送。任務(wù)完成后，AGC通知控制臺(tái)任務(wù)完成情況，并回到待命位置，等待下一次任務(wù)。

AGC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該自動(dòng)完成維修工位緩存功能，即當(dāng)該功能開放時(shí)，如果出現(xiàn)工位堵塞，系統(tǒng)可以將后面AGC自動(dòng)調(diào)度進(jìn)入緩存區(qū)域，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候再放行該AGC以恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行，該方式可以在一定條件下減小生產(chǎn)線停線的時(shí)間，提高車間的總體生產(chǎn)能力。

2.無線通訊系統(tǒng)

AGC控制臺(tái)與AGC間采用無線通訊方式，控制臺(tái)和AGC構(gòu)成無線局域網(wǎng)?？刂婆_(tái)依靠無線局域網(wǎng)向AGC發(fā)出系統(tǒng)控制指令，任務(wù)調(diào)度指令，避碰調(diào)度指令等?？刂婆_(tái)同時(shí)可接收AGC發(fā)出的通訊信號(hào)。AGC依靠無線局域網(wǎng)向控制臺(tái)報(bào)告各類指令的執(zhí)行情況、AGC當(dāng)前的位置、AGC當(dāng)前的狀態(tài)等，AGC控制臺(tái)與AGC間如果發(fā)生通訊中斷，不會(huì)造成AGC的死機(jī)或死等的狀態(tài)；當(dāng)通訊恢復(fù)后，AGC可以自動(dòng)和控制臺(tái)建立通訊聯(lián)系，無需關(guān)機(jī)重起。

三、AGC車體的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

AGC設(shè)計(jì)要遵循模塊化設(shè)計(jì)，整體是由機(jī)械部分和電氣部分組成。機(jī)械部分一般包括AGC車架、驅(qū)動(dòng)輪組件、隨動(dòng)輪、料車導(dǎo)向定位裝置、電池艙、控制艙等。電氣部分一般包括電池模組、AGC控制器系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、無線電臺(tái)、傳感器和線束等組成。

1.安全控制設(shè)計(jì)

由于AGC運(yùn)行區(qū)域分為無人和有人區(qū)域，為確保AGC在運(yùn)行過程中自身安全，特別是在現(xiàn)場人員的安全及各類設(shè)備的安全，AGCS應(yīng)采取多級(jí)安全措施。

軟件保護(hù)：包括偏離導(dǎo)航線保護(hù)、地標(biāo)丟失保護(hù)、導(dǎo)航帶缺損保護(hù)、部件故障保護(hù)、通訊故障保護(hù)、光靶丟失保護(hù)、超差保護(hù)和失速保護(hù)等。

硬件保護(hù)：

（1）在AGC車體安裝急停開關(guān)，任何時(shí)間按下這一開關(guān)AGC立即停止運(yùn)行。AGC安裝醒目的信號(hào)燈和聲音報(bào)警裝置，以提醒周圍的操作人員。

（2）在AGC車體上，前進(jìn)方向設(shè)置非接觸防撞和機(jī)械接觸式保險(xiǎn)杠（可選），防碰及保險(xiǎn)杠的信號(hào)接入AGC安全回路。在無人區(qū)域可設(shè)置非安全型非接觸防撞，在有人區(qū)域必須設(shè)置安全型非接觸防碰和機(jī)械接觸式保險(xiǎn)杠（可選），同時(shí)還要設(shè)計(jì)運(yùn)行提示功能，如警示燈或蜂鳴器。

（3）AGC電氣設(shè)計(jì)上，除安全PLC等安全控制器外，普通控制器需要采用安全繼電器控制驅(qū)動(dòng)回路，提升了控制的安全等級(jí)。當(dāng)AGC車體上急停信號(hào)被觸發(fā)后，需要設(shè)計(jì)安全復(fù)位回路進(jìn)行人工確認(rèn)復(fù)位，AGC才可以繼續(xù)運(yùn)行，以增加操作的安全性。

一旦計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)生故障，離線保護(hù)單元、防撞安全單元、應(yīng)急開關(guān)等將控制AGC停車或完成基本操作。發(fā)生故障時(shí)，AGC自動(dòng)用聲光報(bào)警。同時(shí)通過無線通訊系統(tǒng)通知AGC監(jiān)控系統(tǒng)。AGC監(jiān)控系統(tǒng)在控制臺(tái)上顯示當(dāng)前狀態(tài)和文字提示。監(jiān)控人員可以根據(jù)提示的信息，指揮現(xiàn)場人員排除故障。發(fā)生故障的AGC，可以使用手控操作器操縱AGC。當(dāng)AGC發(fā)生故障導(dǎo)致供電或者動(dòng)力系統(tǒng)失效時(shí)，機(jī)械設(shè)計(jì)上要有便捷方式可以輕松推動(dòng)AGC下線至維修區(qū)域。

2.標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)

AGC應(yīng)設(shè)計(jì)相應(yīng)銘牌，內(nèi)容包括：型號(hào)、基本參數(shù)信息、安全行走速度等參數(shù)。銘牌應(yīng)放置在顯眼的位置，清晰易讀且不可擦除（例如防水）。

同時(shí)，對有潛在或意外傷害風(fēng)險(xiǎn)的部件要設(shè)計(jì)警告標(biāo)志，應(yīng)符合GB/T 26560-2011要求。有關(guān)危險(xiǎn)的警告標(biāo)志應(yīng)貼在移動(dòng)機(jī)器人的相關(guān)危險(xiǎn)附件上或其附近。應(yīng)在靠近電池或電池倉的位置標(biāo)識(shí)以下內(nèi)容或等效內(nèi)容，如“警告：有火災(zāi)或爆炸的危險(xiǎn)！只能用相同型號(hào)電池更換?！?/p>

對于非安全型激光掃描儀，應(yīng)進(jìn)行明確標(biāo)識(shí)，防止激光對人眼造成傷害。

四、結(jié)論

本文所介紹的AGC系統(tǒng)，在保持傳統(tǒng)AGC低成本和靈活特點(diǎn)同時(shí)，還具有高度智能和自動(dòng)化的控制、調(diào)度功能，使AGC可以大批量配置到智能工廠，真正實(shí)現(xiàn)了柔性管理。本系統(tǒng)已經(jīng)在實(shí)際工程中得到廣泛應(yīng)用，特別是在美國通用多個(gè)國內(nèi)整車廠的應(yīng)用，穩(wěn)定性及安全性得到了一致好評。

由于該AGC系統(tǒng)控制框架的組成及設(shè)計(jì)理念，遵循機(jī)器人設(shè)計(jì)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)化，使得本系統(tǒng)在生產(chǎn)物流后期改造和維護(hù)工作時(shí)變得相對簡單，即使進(jìn)行功能上大的改動(dòng)也不會(huì)浪費(fèi)太多的人力財(cái)力，真正發(fā)揮了AGC簡單靈活的特點(diǎn)。