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非接觸供電AGV
汽車底盤合裝
摘要：隨著IPT（Inductive Power Transfer）非接觸供電技術(shù)的發(fā)展，將IPT非接觸供電技術(shù)應(yīng)用于AGV物流運輸系統(tǒng)，將極大改善目前AGV供電系統(tǒng)的缺陷。這種供電系統(tǒng)可以在AGV不帶電池的情況下為小車提供驅(qū)動電源和控制電源，也可以在不設(shè)充電站的情況下為AGV的電池進行連續(xù)或定時充電。但是非接觸供電受地下供電電纜限制,不利于進行現(xiàn)場改造,路線柔性變化降低。
企 業(yè) 介 紹
沈陽華晨金杯汽車有限公司成立于1991年7月，公司的前身是沈陽金杯客車制造有限公司，于1996年更名。公司注冊資本4.44億美元，目前，在職員工近8000人。華晨金杯擁有兩個整車品牌、三大整車產(chǎn)品：這兩個整車品牌及“中華”和“金杯”系列；三大整車產(chǎn)品包括擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的中華品牌系列轎車、國內(nèi)同類型中市場占有率接近60％的金杯海獅輕型客車、以及引進豐田高端技術(shù)生產(chǎn)的金杯閣瑞斯多功能商務(wù)車。華晨金杯瞄準(zhǔn)世界汽車的一流企業(yè)，投入7000萬元巨資引進日本豐田公司的管理方式，并將先進的MRPII管理信息系統(tǒng)應(yīng)用于企業(yè)管理。同時，公司還大力倡導(dǎo)團隊精神。敬業(yè)精神和不斷改善精神，使公司整體素質(zhì)迅速提高，企業(yè)管理步入科學(xué)化。
項 目 背 景
沈陽華晨金杯汽車有限公司海獅總裝II廠成功實施了非接觸式供電的AGV合裝系統(tǒng)。傳統(tǒng)的AGV是以電池為動力，裝有非接觸導(dǎo)向裝置和獨立尋址系統(tǒng)的無人駕駛自動運輸車。由于采用電池供電，因此，傳統(tǒng)的AGV的功率和行駛距離受到極大的限制，AGV的利用率也不高。為了提高AGV的利用率，就必須對AGV的電池進行經(jīng)常性的充電。為了保證AGV 在生產(chǎn)線上不用移出生產(chǎn)過程就可以完成充電，必須在安裝整個生產(chǎn)過程系統(tǒng)中，在允許 AGV暫停的地方（比如分段運輸區(qū)，轉(zhuǎn)向區(qū)，裝載停止區(qū)等）設(shè)置并安裝電池充電站，定時定點對AGV進行充電。AGV車動力電源一般用的是傳統(tǒng)的“高倍率開口鎘鎳電池”，以適應(yīng)其快速充電和較大電流放電的要求。但受“鎘鎳電池”記憶效應(yīng)的影響，使用、維護比較麻煩。同時由于“鎘鎳電池”中鎘的污染，不適應(yīng)環(huán)保的要求。此外，充電站數(shù)量的增多，也增加了AGV運輸系統(tǒng)的總建設(shè)成本。
隨著IPT（Inductive Power Transfer）非接觸供電技術(shù)的發(fā)展，將IPT非接觸供電技術(shù)應(yīng)用于AGV物流運輸系統(tǒng)，將極大改善目前AGV供電系統(tǒng)的缺陷。這種供電系統(tǒng)可以在AGV不帶電池的情況下為小車提供驅(qū)動電源和控制電源，也可以在不設(shè)充電站的情況下為AGV的電池進行連續(xù)或定時充電。但是非接觸供電受地下供電電纜限制,不利于進行現(xiàn)場改造,路線柔性變化降低。
新松非接觸供電AGV在汽車底盤合裝上的應(yīng)用
非接觸式供電系統(tǒng)原理
系統(tǒng)供電柜能產(chǎn)生高頻持續(xù)循環(huán)的交流電源。供電電纜以兩根鋪設(shè)，一根是輸出電流，一根是返回電流，電流呈反向流動。這樣能使得在兩根電纜之間形成雙倍強烈的磁場，而在兩電纜外部沒有磁場。通過AGV車體上取電裝置(類似變壓器原理)，將磁場轉(zhuǎn)換電能，并逆變成直流供AGV使用。
新松公司依據(jù)強大的技術(shù)優(yōu)勢及創(chuàng)新能力，并根據(jù)多年的AGV技術(shù)積累和應(yīng)用經(jīng)驗，為沈陽華晨金杯汽車有限公司海獅總裝II廠成功實施了非接觸式供電的AGV合裝系統(tǒng)。該項目一期共設(shè)計1套供電裝置供2個環(huán)線使用，調(diào)度管理4臺AGV分別用于發(fā)動機總成和后橋總成的合裝。以滿足一期296秒的生產(chǎn)節(jié)拍。該系統(tǒng)在滿足既有車型的前提下，考慮了將來新增車型的需要。
系統(tǒng)構(gòu)成及各功能
該系統(tǒng)由4臺剪式單舉升AGV，1套AGV地面供電、導(dǎo)引系統(tǒng)，1套AGV控制臺，1套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和AGV調(diào)度管理系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)等構(gòu)成。
AGV：AGV完成發(fā)動機總成和后橋的裝配定位、輸送和輔助裝配工作。
AGV地面供電、導(dǎo)引系統(tǒng)：地面導(dǎo)引系統(tǒng)是AGV運行的路線和軌跡，通過供電電纜實現(xiàn)電磁導(dǎo)引。
AGV控制臺和調(diào)度管理系統(tǒng)：AGV控制臺和調(diào)度管理系統(tǒng)負責(zé)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理，與上位機交換信息，生成AGV的運行任務(wù)，解決多AGV之間的避碰問題等。
通訊系統(tǒng)：通訊系統(tǒng)由無線局域網(wǎng)組成。AGV與控制臺之間采用無線電臺進行信息交換，通訊協(xié)議為TCP/IP協(xié)議。控制臺與上位機之間采用以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸。
AGV工作過程描述
AGV控制臺通過對射開關(guān)檢測到輸送鏈上車體的位置信號后，分別調(diào)度在等待站點已載有發(fā)動機總成(后橋)的AGV按預(yù)定時間、速度進入輸送鏈下方，在預(yù)定區(qū)域捕獲預(yù)先固定在汽車車身上的合作目標(biāo)，保持穩(wěn)定跟蹤狀態(tài)后，人工控制舉升，AGV自動打開滑動平臺鎖銷。由裝配工人安裝固定螺栓，完成裝配后人工發(fā)出安裝結(jié)束信號。根據(jù)發(fā)此結(jié)束信號，AGV自動落下升降機構(gòu)后復(fù)位，滑動平臺自動閉鎖，AGV加速離開裝配工位，在裝載站點裝好發(fā)動機總成(后橋)后，AGV向控制臺發(fā)出裝載完成信息，AGV按控制臺的指令行駛到等待地點，進入下個循環(huán)。
AGV控制臺根據(jù)主裝懸掛車體到達的信號向在等待點的合裝小車發(fā)出行駛信號，若主裝配線上是空吊具，則AGV小車仍處于等待狀態(tài)。當(dāng)發(fā)動機總成(后橋)不能及時供應(yīng)時，可通過設(shè)置在裝配工位旁邊的輸送鏈急停開關(guān)由人工控制，停止輸送鏈運行。當(dāng)AGV因特殊原因進入報警工位而未完成合裝時，AGV系統(tǒng)及輸送鏈報警，輸送鏈同時停線。以完成裝配。
AGV系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)
AGVS控制方式：控制臺集中調(diào)度、監(jiān)控、管理控制
AGV控制方式具備功能：全自動／離線模式／手動
通訊方式：無線局域網(wǎng)
AGV導(dǎo)航方式：電磁導(dǎo)航
AGV驅(qū)動方式：雙輪差動
負載能力：AGV最大負載能力1000kg
運動方向：前、后、轉(zhuǎn)彎行走
最大直線速度：直線60m／min
轉(zhuǎn)彎半徑：1.5m
導(dǎo)航精度：±10mm
停車精度：±10mm
防碰裝置：激光防碰+接觸式保險杠
舉升裝置：電動剪式舉升，舉升行程1000mm，舉升力1噸，升降速度4.5米/分鐘
活動平臺： X（車長方向）±120 mm、 Y（車寬方向）±50 mm、水平旋轉(zhuǎn) ±2度
供電方式：非接觸式供電
車體尺寸：2500 mm×1200 mm×800 mm／1800mm(長×寬×高(舉升前／舉升后))
AGV車載控制器
新松公司根據(jù)當(dāng)前AGV技術(shù)的最新發(fā)展形勢，投入巨大的人力物力資源，結(jié)合多年的設(shè)計及應(yīng)用經(jīng)驗，設(shè)計出了新的一款嵌入式CAN總線的主控制器，該主控制器使用工業(yè)級嵌入式主機做為主計算機，在控制器內(nèi)集成了主機、電子盤、網(wǎng)卡、CAN通訊端口、串口等高速運算主機所需的部件及通訊部件，進行獨立封裝。控制器內(nèi)部集成了AGV控制所需的最基本單元，控制器本身無任何擴展插槽，使用簡單電源供電，面板上有一個顯示器輸出端口、一個RJ45網(wǎng)絡(luò)端口、一個PS/2鍵盤及鼠標(biāo)通用接口、兩個RS232串口、兩個CAN通訊端口，控制器底部有帶有減震器的安裝支架。
運動控制模塊MUC50是基于CAN總線通訊方式的分布式運動控制器，通過對伺服驅(qū)動器的調(diào)節(jié)，來達到對AGV車體運動的精確控制。每個運動控制器不僅能夠控制2個軸的伺服驅(qū)動器，還具有16個I/O輸入口、8個I/O輸出口、4個AD輸入口和2個DA輸出口。運動控制模塊MUC50通過CAN總線與主控制器VCU300進行通訊。
分布式設(shè)計的MCU50運動控制模塊，安裝簡單，各種狀態(tài)可以通過其上部的狀態(tài)指示燈直接觀察，使維護更加簡單。MCU50運動控制模塊，在接線方式上采用集中式帶鎖插頭，接線更可靠，不易松動，提高了系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。
AGV車體軟件
AGV車載控制器使用Windows CE操作系統(tǒng)，包括AGV車體控制嵌入式軟件，車體參數(shù)文件，車體工具軟件，車體運行地圖文件，及記錄車體運行狀態(tài)的黑匣子文件。
AGV車體控制嵌入式軟件是基于Windows環(huán)境下編輯的軟件，可執(zhí)行多任務(wù)的操作，可進行多窗口的動態(tài)觀察，恢復(fù)功能強。在AGV運動的過程中，可通過顯示中端，動態(tài)的觀察AGV的各個設(shè)備的工作狀態(tài)及位置環(huán)的反饋信息。當(dāng)出現(xiàn)急停停車，通訊中斷，光靶丟失等故障時，無需重新上線，都可以在故障解決以后立即恢復(fù)運行。AGV車體控制嵌入式軟件提高了AGV的可維護性，縮短了停線時間。
車體工具軟件，是AGV調(diào)試及故障檢修的工具軟件。通過AGV工具軟件，可以方便觀察AGV輸入輸出的狀態(tài)，通訊狀態(tài)等。
車體參數(shù)文件，記錄了AGV各設(shè)備的參數(shù)信息。此參數(shù)文件可以通過AGV控制臺無線傳輸更改，也可以在AGV上直接更改。
車體運行地圖文件是AGV運行規(guī)劃的路徑信息，隨著AGV運行路線的更改，AGV系統(tǒng)只需要調(diào)整車體運行地圖文件就可以改變AGV運行的環(huán)線。
黑匣子文件，記錄了AGV運行的各個信息，當(dāng)AGV出現(xiàn)故障是，通過黑匣子文件，可以很快地查找出故障的原因。
AGV 動態(tài)合裝解決方案
目前汽車合裝基本采用連續(xù)運轉(zhuǎn)裝配方式，在工藝鏈及車身連續(xù)運行下裝配或發(fā)動機是動態(tài)合裝的關(guān)鍵。新松公司開發(fā)的動態(tài)跟蹤傳感器是采用專用位置傳感器，當(dāng)AGV進入被裝車身下放，檢測到合作目標(biāo)，AGV通過檢測安放在被裝車身下放的合作目標(biāo)，計算AGV與被裝車身間的位置，調(diào)整AGV的運行速度，使AGV保持與被裝車身同步運行實現(xiàn)動態(tài)合裝。
運 行 效 果
該系統(tǒng)滿足了沈陽華晨金杯汽車有限公司海獅總裝II廠一期296秒的生產(chǎn)節(jié)拍，在滿足既有車型的前提下，考慮了將來新增車型的需要。
小 結(jié)
該種方式AGV直接與被裝車身的位置同步，避免了由于吊具安裝、工藝鏈條節(jié)距匹配等原因造成的位置誤差，并可對懸鏈的爬行等問題做出及時的反應(yīng)，是目前最有效的同步跟蹤方式；另外由于跟蹤同步是由AGV本體進行獨立采樣完成的，即使是在AGV手動離線狀態(tài)下仍能完成動態(tài)同步合裝工作，因而更具備整體的靈活性。
