AGV在重卡汽車底盤合裝線中的應(yīng)用探索

呂紅衛(wèi) 何曉博 王新榮

摘要：文章主要通過AGV移動(dòng)式機(jī)器人硬件系統(tǒng)的框架構(gòu)成、AGV流水線工藝控制流程、車體控制和調(diào)度控制臺(tái)系統(tǒng)組成的闡述，講述了AGV移動(dòng)式機(jī)器人在某重卡企業(yè)汽車底盤合裝線上的應(yīng)用案例，揭示了AGV移動(dòng)式機(jī)器人在商用車行業(yè)逐漸推廣的趨勢(shì)，及重卡汽車制造技術(shù)向智能化、數(shù)字化、信息化、柔性化等方向轉(zhuǎn)變的必然性。

Abstract： Through the description of the framework of AGV mobile robot hardware system、AGV pipeline process control flow、car body control and dispatching console system，This paper describes the white use case of AGV mobile robot in commercial vehicle industry，And the necessity of the transformation of heavy truck manufacturing technology to intelligent、digital、information、flexible and so on.

關(guān)鍵詞：AGV;控制系統(tǒng);調(diào)度臺(tái);環(huán)形線

Key words： AGV;control system;dispatcher;loop line

中圖分類號(hào)：U466? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）21-0036-02

0? 引言

隨著“中國制造2025”提出，汽車制造行業(yè)迎來了高速、高質(zhì)量發(fā)展時(shí)代，重卡汽車制造技術(shù)也趨向于智能化、數(shù)字化[1]、信息化、柔性化等方向轉(zhuǎn)變。以機(jī)器人為例，已受到乘用車制造廣泛青睞，但是商用車制造因產(chǎn)品特性受限，僅局限在零部件分裝或內(nèi)物流環(huán)節(jié)。本文主要通過對(duì)自動(dòng)引導(dǎo)運(yùn)輸車的移動(dòng)式機(jī)器人（Automated Guided Vehicle）AGV的硬件系統(tǒng)框架構(gòu)成、AGV流水線工藝控制流程、AGV車體控制和調(diào)度控制臺(tái)系統(tǒng)等三個(gè)方面，闡述了AGV移動(dòng)式機(jī)器人在某重卡企業(yè)汽車底盤合裝線上的應(yīng)用。

1? 硬件系統(tǒng)的框架構(gòu)成

該重卡汽車裝配線體總長234米系，呈A線、B線兩段式的U型布局，共計(jì)18個(gè)工位，其中，A線、B線又分別由合裝線與返回線組成。線體運(yùn)行采用行業(yè)內(nèi)首創(chuàng)的超重載、智能舉升型AGV裝配技術(shù)和脈沖式走線方式，滿足4*4、6*6、8*8多種底盤驅(qū)動(dòng)形式的重型卡車的裝配需求，且載荷可達(dá)18-20噸，可根據(jù)作業(yè)內(nèi)容調(diào)整作業(yè)操作高度，提高了生產(chǎn)線柔性。A線9套18輛AGV組成聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)、B線11套22輛液壓單剪式舉升機(jī)構(gòu)AGV組成聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)。每套AGV聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，由主動(dòng)和從動(dòng)兩輛AGV組成，運(yùn)行特點(diǎn)是在合裝段成聯(lián)動(dòng)狀態(tài)，在返回段上為AGV單體運(yùn)行狀態(tài)[2]。A線和B線通過工業(yè)系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)組成車間級(jí)局域網(wǎng)。具體如下：①AGV動(dòng)力電源由SEW公司的地面非接觸供電系統(tǒng)提供，路線軌跡信息由SIASUN公司的GH1501磁導(dǎo)系統(tǒng)引導(dǎo)[3]，AGV定位信息由SICK公司的RFID系統(tǒng)支持，整體安保系統(tǒng)主要由SICK公司的安全防碰撞傳感器PLS組成，主要提供人身和設(shè)備安全保障。②運(yùn)行控制部分，由AGV控制臺(tái)和調(diào)度管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)AGV數(shù)據(jù)采集與處理，完成與MES數(shù)據(jù)信息交換，生成運(yùn)行任務(wù)，解決多臺(tái)AGV之間發(fā)生的避碰等問題。③網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)由2G、5G局域網(wǎng)（可自行進(jìn)行選擇）組成。AGV車體與控制臺(tái)之間通過5G無線AP進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息交換[5]，通信協(xié)議為PROFINET網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。調(diào)度控制臺(tái)系統(tǒng)與管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間通過以太局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

2? AGV流水線工藝控制流程

借助信息化手段，通過人工操作線旁特定電腦，將MES系統(tǒng)中的生產(chǎn)指令對(duì)應(yīng)的車輛車架軸距信息推送至AGV控制臺(tái)指定的數(shù)據(jù)庫中[4]，并與首工位掛單手動(dòng)掃描后獲取的VIN碼信息匹配，再將車架軸距信息從AGV控制臺(tái)經(jīng)由PLC調(diào)度系統(tǒng)傳送至AGV合裝車的車體控制系統(tǒng)。A線首工位的主動(dòng)與從動(dòng)AGV成組聯(lián)動(dòng)運(yùn)行至指定位置泊車后，作業(yè)人員開始進(jìn)行裝配作業(yè)，完成后手動(dòng)按下線旁工位操作箱發(fā)出“裝配完成”信號(hào)并傳送至AGV聯(lián)動(dòng)組的主動(dòng)車體，合裝車成組聯(lián)動(dòng)開始向下工位移動(dòng)，移動(dòng)路徑靠車體電磁導(dǎo)航系統(tǒng)自動(dòng)引導(dǎo)，逐步運(yùn)動(dòng)至A線的最后一個(gè)工位。A線合裝聯(lián)動(dòng)AGV車體解體后按環(huán)形電磁導(dǎo)航回到A1工位等待位置。U型線的底部是A線和B線的交匯點(diǎn)，完成車架的翻身作業(yè)后，線體從A線轉(zhuǎn)入B線持續(xù)運(yùn)行。B線AGV合體車依舊成組聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，整體的啟動(dòng)、運(yùn)行及?？康目刂颇Ｊ脚cA線相同。最大的差異點(diǎn)在于B線的輪胎裝配工位，根據(jù)裝配工藝要求，需將車架升高250mm后才可進(jìn)行輪胎裝配作業(yè)。在這個(gè)過程中，作業(yè)人員需要先通過線旁的AGV操作箱上的舉升按鈕，觸發(fā)需求信號(hào)至該工位AGV車體，從而實(shí)現(xiàn)AGV合裝車組的主動(dòng)與從動(dòng)車體的單剪式舉升機(jī)構(gòu)同時(shí)動(dòng)作，滿足裝配高度。另外，當(dāng)AGV合裝車組運(yùn)行至線體最后一個(gè)工位時(shí)，員工手動(dòng)觸發(fā)線旁AGV操作箱起升按鈕，車輛舉升平臺(tái)動(dòng)作抬高整個(gè)底盤牽引車，實(shí)現(xiàn)底盤牽引產(chǎn)品車和合裝聯(lián)動(dòng)AGV分離，B線合裝聯(lián)動(dòng)AGV車體解體后按環(huán)形電磁導(dǎo)航回到B8工位等待位置。

3? 調(diào)度控制臺(tái)系統(tǒng)和AGV車體控制系統(tǒng)

3.1 調(diào)度控制臺(tái)系統(tǒng)

調(diào)度控制臺(tái)系統(tǒng)由控制柜（內(nèi)含PLC控制系統(tǒng)、HMI、VIN碼存儲(chǔ)數(shù)據(jù)系統(tǒng)）、無線AP、各工位操作箱、分布式I/O、及MES數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)組成[4]。具體如圖1所示。

MES數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)將軸距信息推送至B線PLC控制柜上的VIN碼暫存數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，再通過以太網(wǎng)同步傳輸至B線，實(shí)現(xiàn)信息共享。A線及B線控制柜上的PLC控制系統(tǒng)通過掃描VIN碼的方式調(diào)取數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的軸距信息，然后通過無線AP傳輸系統(tǒng)發(fā)送給各AGV車體。指令信號(hào)由人工操作工位旁操作箱實(shí)現(xiàn)控制車體動(dòng)作。反之，車體運(yùn)行狀態(tài)也是通過無限AP實(shí)施傳輸至車體控制臺(tái)。

調(diào)度控制臺(tái)系統(tǒng)負(fù)責(zé)AGV運(yùn)行中的交通管理，調(diào)度控制臺(tái)內(nèi)有避碰參數(shù)設(shè)置文件，可對(duì)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AGV的安全間距，保證運(yùn)行中不發(fā)生碰撞和追尾等事故。同時(shí)，調(diào)度控制臺(tái)系統(tǒng)將對(duì)進(jìn)入系統(tǒng)和退出系統(tǒng)的AGV進(jìn)行管理，以保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。

另外，AGV車的養(yǎng)護(hù)作業(yè)也需要通過調(diào)度控制臺(tái)才可實(shí)現(xiàn)，分為自動(dòng)模式與手動(dòng)模式。自動(dòng)模式是通過控制臺(tái)的HMI選擇需要維修的AGV車號(hào)后，當(dāng)該車體離開合裝區(qū)后可自動(dòng)駛?cè)刖S修區(qū)，待維修養(yǎng)護(hù)結(jié)束后再次通過HMI下達(dá)維修取消命令后，則車體自動(dòng)駛?cè)刖€體正常作業(yè)。手動(dòng)模式是通過人工操作將需要維修的AGV車體從生產(chǎn)線的任意點(diǎn)駛出產(chǎn)線進(jìn)行維修區(qū)。待維修作業(yè)結(jié)束后，再由AGV控制臺(tái)通過系統(tǒng)選擇合適的時(shí)間將該車體插入生產(chǎn)線體中。為了更好的提高生產(chǎn)線柔性，縮短停線時(shí)間，可通過調(diào)度控制臺(tái)系統(tǒng)的HMI隨意匹配備用的AGV切換故障車，從而實(shí)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)生產(chǎn)。

運(yùn)行中的AGV與車間其他設(shè)備之間設(shè)定了必要的連鎖信號(hào)，以保障人身與設(shè)備的安全。例如當(dāng)車間翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)作時(shí)，便會(huì)禁止AGV進(jìn)入與之相關(guān)的兩個(gè)工位。

3.2 AGV車體控制系統(tǒng)

車體控制系統(tǒng)（如圖2所示）主要包括安全和位置檢測系統(tǒng)外、動(dòng)力供電系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)級(jí)舉升升降機(jī)構(gòu)等。首先，AGV車體運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，滿足連續(xù)與間歇性運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)切換，車體在重負(fù)荷下也可快速起動(dòng)，整體運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)且噪音低，提升整體運(yùn)動(dòng)性能。其次，動(dòng)力供電是通過非接觸的方式，供電系統(tǒng)在AGV環(huán)線運(yùn)行過程中完成，不需要集中充電。位置檢測系統(tǒng)主要由多個(gè)導(dǎo)航傳感器、地標(biāo)傳感器及RFID讀寫器構(gòu)成，運(yùn)行過程中由各導(dǎo)航傳感器動(dòng)態(tài)判定車體的姿態(tài)，在合裝狀態(tài)下借助地標(biāo)傳感器與RFID讀寫器即可快速判定車體的位置信息，在滿足生產(chǎn)需求的同時(shí)，亦可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)充電作業(yè)。再者，安全保護(hù)系統(tǒng)則重點(diǎn)從車體安全及作業(yè)環(huán)境人員安全出發(fā)考慮，借助激光防碰撞裝置，設(shè)置有效感應(yīng)距離，當(dāng)車體前方在有效感應(yīng)扇形區(qū)域面積內(nèi)，出現(xiàn)例如物料配送車輛、人員等障礙物時(shí)，車體會(huì)自動(dòng)泊車或減速，提升AGV本體安全性。另外，舉升升降機(jī)構(gòu)中的液壓單剪刀式機(jī)構(gòu)和機(jī)械鎖裝置的目的，處理滿足工裝裝配高度升降需求外，同時(shí)在過程中利用機(jī)械鎖進(jìn)行剛性鎖定，提高液壓裝置的穩(wěn)定性，保證在作業(yè)過程中人身安全。

4? 結(jié)束語

本文結(jié)合重卡汽車底盤生產(chǎn)線的現(xiàn)狀，將AGV的控制系統(tǒng)引入到重卡汽車行業(yè)的應(yīng)用，通過AGV硬件系統(tǒng)的框架構(gòu)成、AGV流水線工藝控制流程、車體控制和調(diào)度控制臺(tái)系統(tǒng)組成的闡述。為AGV在重型卡車裝配上的應(yīng)用提供了經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)。揭示了AGV移動(dòng)式機(jī)器人在商用車行業(yè)逐漸推廣的趨勢(shì)，及重卡汽車制造技術(shù)向智能化、數(shù)字化、信息化、柔性化等方向轉(zhuǎn)變的必然性。

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