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摘 要：AGV（Automatic Guided Vehicle）转运系统是移动式机器人的一个重要分支，具有高自动化程度、应用灵活、安全可靠、无人操作、施工简单及维护方便等诸多优点，被广泛应用于汽车制造业、烟草行业、工程机械行业、机场等物资运输场所。该文主要从设计要求、基本结构以及关键技术等方面对应用于某高功率固体激光装置中的AGV转运系统进行介绍，为后续相关领域的研究提供了参考。
关键词：AGV 高功率固体激光装置 转运系统
中图分类号：TN24 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）12（a）-0064-04
大型高功率固体激光装置如美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的点火装置（其功率高达W）所需的大口径光学元件数目数以千计，且种类繁多、规格不一。根据这些光学元件的不同功能、结构、装校及维护特性，需将其与一定的机械件组合构成各类模块形成在线可替换单元（LRU）。根据模块在光路中的不同位置、安装方式和基于光机洁净精密装校的考虑，模块主要分为下装模块（即模块从下往上安装到激光装置中）和侧装模块（即模块侧面装到激光装置中）。两类模块均是高功率固体激光装置中的重要关键件，其安装和拆卸的精度、洁净度和效率，均直接影响激光系统准直度、元件损伤风险、输出光束质量和高功率固体激光装置的工作效率。
而AGV转运系统作为一种自动化物料搬运设备，以其具有的高自动化程度、应用灵活、安全可靠、无人操作、施工简单及维护方便等诸多优点，被广泛应用于汽车制造业、烟草行业、工程机械行业、机场等物资运输场所。基于上述原因，该所联合重庆大学一同研制了该文介绍的应用于某高功率固体激光装置的AGV转运系统。
1 AGV转运系统的设计要求
为实现高功率固体激光装置中所有下装类模块的安装、拆卸及其在洁净间与激光大厅各模块位置之间的运输，同时满足模块装卸全过程的功能及洁净度要求以确保模块能够准确安装到位并在整个装接过程中不被污染，AGV转运系统的设计要求如表1所示。
2 AGV转运系统的基本结构
为满足上述设计要求，该套AGV转运系统主要由导航控制系统、车架、能源系统、驱动单元等组成，其结构图如图1所示。
2.1 车体
AGV转运系统的车体主要是由车架（如图2所示）、安装在车架上的万向轮和电控柜组成，其主要是在整个转运系统中起承载作用。车体的机械调试需要满足在焊接和校正表面处理后外形尺寸满足不大于2 000 mm×2 000 mm×1 400 mm；最小回转半径为1 000 mm；最低点离地面高度不大于30 mm；蓄电池单次充电时间不大于12 h，连续工作时间不小于8 h；满负载2 500 kg的条件下爬坡能力为2%（5 m）。
2.2 驱动单元
AGV转运系统的驱动单元主要由驱动电机、减速器、弹簧和折弯板组成，其结构图如图3所示。AGV转运系统共有两个驱动单元，每个驱动单元都是由两个伺服电机进行控制的。通过特定的运动算法的实现来控制电机的运动，4个电机的耦合运动来实现系统所需要的运动。在调试过程中需要满足：直、侧行额定速度为0.5 m/s；启动和制动过程中加速度不大于0.1 m/s2；能够实现自动引导定位，AGV小车的整体定位误差不大于5 mm。
3 AGV转运系统的关键技术
为满足高功率固体激光装置的装校要求，在AGV转运系统的设计过程中主要解决了以下3个关键技术：自主定位及导航技术、控制技术以及安全防护技术。
3.1 AGV转运系统的自主定位及导航技术
虽然AGV转运系统的导航方式很多，但目前得到应用或具有应用前景的导引方式主要包括以下9种类型：电磁感应导航技术、激光导航技术、惯性导航技术、光带感应导航技术、磁力感应导航技术、直接坐标导航技术、图像识别导航技术、GPS导航技术以及超声波导航技术。
由于激光导航技术具有定位精度高、地面无需其他辅助定位、路径灵活、变更方便、适合多种环境、适应复杂路径和狭窄通道以及系统兼容性和扩展性好等优点，该套AGV转运系统最终采用的导航技术为激光导航技术。
该种导航方式的基本工作原理：在AGV转运系统行驶路径的周围安装位置精确的激光反射板，然后利用安装在AGV转运系统上的激光导航仪发射激光束并且采集由不同角度的反射板反射回来的信号，再根据三角几何运算来确定其当前的位置和方向，最终实现AGV转运系统的定位及导航，其导航示意图如图4所示。
3.2 AGV转运系统的控制技术
AGV控制系统是AGV转运系统的核心，其主要负责完成人机交互、路径规划、任務执行、定位和导航控制、电源管理、自主避障、安全信息提示以及反馈AGV转运系统当前状态等任务。AGV控制系统的性能和可靠性直接影响了AGV转运系统的性能和可靠性。
该系统采用工业控制微机作为主控制器，安装了Windows XP操作系统，以Microsoft Visual C++ 6.0作为开发平台，使用MFC进行程序开发。在系统程序的编写过程中，考虑到Windows系统是抢先式的多任务操作系统，因此在实时控制系统中，采用多线程技术编程，提高程序响应实时操作的能力。
该系统主要包括如下7个模块，已完成对AGV转运系统的控制，其结构图如图5所示。
（1）数据库模块：存储目标点坐标和角度信息，并提供编辑和查看功能。
（2）连接控制器模块：连接运动控制器，与运动控制器通信。
（3）连接导航仪模块：与导航仪通信，处理导航数据。
（4）主控制模块：AGV 3种主要控制模式。
（5）自动导航：通过激光导航仪数据，在指定区域，控制小车自动到达目标点。
（6）手动控制：用户直接在屏幕上控制小车运动。
（7）手操器控制（对应串口通信）：利用手操器控制小车运动。
3.3 AGV转运系统的安全防护技术
安全防护技术是保证AGV转运系统正常运行的重要问题之一。该系统采用的是非接触式两级安全防护技术，利用均匀分布在AGV转运系统四周的8个超声波雷达实时检测AGV转运系统周围的障碍物状况。
当超声波雷达检测到一定距离范围内的障碍物时，系统会测量出实时的接近速度，并通过控制器控制AGV转运系统以合适的速度运行，减小惯性，并同时闪烁位于车体上方的两个红色报警器以提示操作人员注意。当超声波雷达检测到更近距离范围内的障碍物时，系统会迫使AGV转运系统停机，以保护系统的安全。紧急或意外情况下，操作人员也可以利用紧急按钮迫使AGV转运系统在短距离内及时停止运动。
4 结语
该文通过对应用于某大型高功率固体激光装置中的AGV转运系统的研究，介绍了该系统的主要设计要求、基本构成及在研制过程中遇到的3个关键技术。目前，该系统已经投入使用4年，各项性能指标良好，为后续相关领域的AGV转运系统的开发和应用提供了一定参考。
参考文献
[1] 武启平，金亚萍，任平.自动引导车（AGV）关键技术现状及其发展趋势[J].制造业自动化，2013（5）：106-121.
[2] 刘全胜.AGV机器人在柔性制造系统中的应用[J].中国制造业信息化，2008（17）：74-77.
[3] 张正义.AGV技术发展综述[J].物流技术与应用，2005（7）：67-73.
[4] 张辰贝西，黄志球.自动导航车（AGV）发展综述[J].中国制造业信息化，2010（1）：53-59.
[5] 张俊，王磊，邹杨波.昆烟物流AGV系统的改造[J].物流技术与应用，2007（6）：82-85.
[6] 徐鹤.浅谈自动导向车（AGV）原理与应用[J].天津成人高等学校联合学报，2005（5）：50-52.
关键词：AGV 高功率固体激光装置 转运系统
中图分类号：TN24 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）12（a）-0064-04
大型高功率固体激光装置如美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的点火装置（其功率高达W）所需的大口径光学元件数目数以千计，且种类繁多、规格不一。根据这些光学元件的不同功能、结构、装校及维护特性，需将其与一定的机械件组合构成各类模块形成在线可替换单元（LRU）。根据模块在光路中的不同位置、安装方式和基于光机洁净精密装校的考虑，模块主要分为下装模块（即模块从下往上安装到激光装置中）和侧装模块（即模块侧面装到激光装置中）。两类模块均是高功率固体激光装置中的重要关键件，其安装和拆卸的精度、洁净度和效率，均直接影响激光系统准直度、元件损伤风险、输出光束质量和高功率固体激光装置的工作效率。
而AGV转运系统作为一种自动化物料搬运设备，以其具有的高自动化程度、应用灵活、安全可靠、无人操作、施工简单及维护方便等诸多优点，被广泛应用于汽车制造业、烟草行业、工程机械行业、机场等物资运输场所。基于上述原因，该所联合重庆大学一同研制了该文介绍的应用于某高功率固体激光装置的AGV转运系统。
1 AGV转运系统的设计要求
为实现高功率固体激光装置中所有下装类模块的安装、拆卸及其在洁净间与激光大厅各模块位置之间的运输，同时满足模块装卸全过程的功能及洁净度要求以确保模块能够准确安装到位并在整个装接过程中不被污染，AGV转运系统的设计要求如表1所示。
2 AGV转运系统的基本结构
为满足上述设计要求，该套AGV转运系统主要由导航控制系统、车架、能源系统、驱动单元等组成，其结构图如图1所示。
2.1 车体
AGV转运系统的车体主要是由车架（如图2所示）、安装在车架上的万向轮和电控柜组成，其主要是在整个转运系统中起承载作用。车体的机械调试需要满足在焊接和校正表面处理后外形尺寸满足不大于2 000 mm×2 000 mm×1 400 mm；最小回转半径为1 000 mm；最低点离地面高度不大于30 mm；蓄电池单次充电时间不大于12 h，连续工作时间不小于8 h；满负载2 500 kg的条件下爬坡能力为2%（5 m）。
2.2 驱动单元
AGV转运系统的驱动单元主要由驱动电机、减速器、弹簧和折弯板组成，其结构图如图3所示。AGV转运系统共有两个驱动单元，每个驱动单元都是由两个伺服电机进行控制的。通过特定的运动算法的实现来控制电机的运动，4个电机的耦合运动来实现系统所需要的运动。在调试过程中需要满足：直、侧行额定速度为0.5 m/s；启动和制动过程中加速度不大于0.1 m/s2；能够实现自动引导定位，AGV小车的整体定位误差不大于5 mm。
3 AGV转运系统的关键技术
为满足高功率固体激光装置的装校要求，在AGV转运系统的设计过程中主要解决了以下3个关键技术：自主定位及导航技术、控制技术以及安全防护技术。
3.1 AGV转运系统的自主定位及导航技术
虽然AGV转运系统的导航方式很多，但目前得到应用或具有应用前景的导引方式主要包括以下9种类型：电磁感应导航技术、激光导航技术、惯性导航技术、光带感应导航技术、磁力感应导航技术、直接坐标导航技术、图像识别导航技术、GPS导航技术以及超声波导航技术。
由于激光导航技术具有定位精度高、地面无需其他辅助定位、路径灵活、变更方便、适合多种环境、适应复杂路径和狭窄通道以及系统兼容性和扩展性好等优点，该套AGV转运系统最终采用的导航技术为激光导航技术。
该种导航方式的基本工作原理：在AGV转运系统行驶路径的周围安装位置精确的激光反射板，然后利用安装在AGV转运系统上的激光导航仪发射激光束并且采集由不同角度的反射板反射回来的信号，再根据三角几何运算来确定其当前的位置和方向，最终实现AGV转运系统的定位及导航，其导航示意图如图4所示。
3.2 AGV转运系统的控制技术
AGV控制系统是AGV转运系统的核心，其主要负责完成人机交互、路径规划、任務执行、定位和导航控制、电源管理、自主避障、安全信息提示以及反馈AGV转运系统当前状态等任务。AGV控制系统的性能和可靠性直接影响了AGV转运系统的性能和可靠性。
该系统采用工业控制微机作为主控制器，安装了Windows XP操作系统，以Microsoft Visual C++ 6.0作为开发平台，使用MFC进行程序开发。在系统程序的编写过程中，考虑到Windows系统是抢先式的多任务操作系统，因此在实时控制系统中，采用多线程技术编程，提高程序响应实时操作的能力。
该系统主要包括如下7个模块，已完成对AGV转运系统的控制，其结构图如图5所示。
（1）数据库模块：存储目标点坐标和角度信息，并提供编辑和查看功能。
（2）连接控制器模块：连接运动控制器，与运动控制器通信。
（3）连接导航仪模块：与导航仪通信，处理导航数据。
（4）主控制模块：AGV 3种主要控制模式。
（5）自动导航：通过激光导航仪数据，在指定区域，控制小车自动到达目标点。
（6）手动控制：用户直接在屏幕上控制小车运动。
（7）手操器控制（对应串口通信）：利用手操器控制小车运动。
3.3 AGV转运系统的安全防护技术
安全防护技术是保证AGV转运系统正常运行的重要问题之一。该系统采用的是非接触式两级安全防护技术，利用均匀分布在AGV转运系统四周的8个超声波雷达实时检测AGV转运系统周围的障碍物状况。
当超声波雷达检测到一定距离范围内的障碍物时，系统会测量出实时的接近速度，并通过控制器控制AGV转运系统以合适的速度运行，减小惯性，并同时闪烁位于车体上方的两个红色报警器以提示操作人员注意。当超声波雷达检测到更近距离范围内的障碍物时，系统会迫使AGV转运系统停机，以保护系统的安全。紧急或意外情况下，操作人员也可以利用紧急按钮迫使AGV转运系统在短距离内及时停止运动。
4 结语
该文通过对应用于某大型高功率固体激光装置中的AGV转运系统的研究，介绍了该系统的主要设计要求、基本构成及在研制过程中遇到的3个关键技术。目前，该系统已经投入使用4年，各项性能指标良好，为后续相关领域的AGV转运系统的开发和应用提供了一定参考。
参考文献
[1] 武启平，金亚萍，任平.自动引导车（AGV）关键技术现状及其发展趋势[J].制造业自动化，2013（5）：106-121.
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[3] 张正义.AGV技术发展综述[J].物流技术与应用，2005（7）：67-73.
[4] 张辰贝西，黄志球.自动导航车（AGV）发展综述[J].中国制造业信息化，2010（1）：53-59.
[5] 张俊，王磊，邹杨波.昆烟物流AGV系统的改造[J].物流技术与应用，2007（6）：82-85.
[6] 徐鹤.浅谈自动导向车（AGV）原理与应用[J].天津成人高等学校联合学报，2005（5）：50-52.