Введение

Тип переносного робота

Автоматически управляемое транспортное средство (AGV), в отличие от автономного мобильного робота (AMR), — это переносной робот, который движется по размеченным линиям или проводам на полу или использует радиоволны, камеры машинного зрения, магниты или лазеры для навигации. Чаще всего они применяются в промышленных условиях для транспортировки тяжелых материалов внутри больших промышленных зданий, таких как заводы или склады. Область применения автоматических управляемых транспортных средств расширилась в конце XX века.

Введение

AGV может буксировать объекты в прицепах, к которым они могут автономно подключаться. Прицепы могут использоваться для перемещения сырья или готовой продукции. AGV также может размещать объекты на платформе. Объекты можно поместить на моторизованные ролики (конвейер), а затем сдвинуть, двигаясь задним ходом. AGV применяются практически во всех отраслях промышленности, включая целлюлозно-бумажную, металлургическую, газетную и общее машиностроение. Также осуществляется транспортировка таких материалов, как продукты питания, белье или медикаменты в больницах. AGV также называют лазерно-управляемым транспортным средством (LGV). В Германии эта технология также называется Fahrerloses Transportsystem (FTS), а в Швеции – förarlösa truckar. Более доступные версии AGV часто называют автоматическими управляемыми тележками (AGC), которые обычно ориентируются по магнитной ленте. Термин AMR иногда используется для различения мобильных роботов, которые не зависят в своей навигации от дополнительной инфраструктуры в окружающей среде (например, магнитных полос или визуальных меток), от тех, которые зависят; последние, соответственно, называются AGV. AGV доступны в различных моделях и могут использоваться для перемещения продукции на сборочной линии, транспортировки товаров по заводу или складу, а также доставки грузов. Первый AGV был представлен на рынке в 1950-х годах компанией Barrett Electronics из Нортбрук, штат Иллинойс, и в то время представлял собой просто тягач, следовавший по проводу в полу вместо рельса. На основе этой технологии появился новый тип AGV, который следует за невидимыми УФ-маркерами на полу, вместо того чтобы буксироваться цепью. Первая такая система была внедрена в башне Уиллис (ранее – башня Сирс) в Чикаго, штат Иллинойс, для доставки почты по офисам. С годами технология стала более совершенной, и сегодня автоматизированные транспортные средства в основном используют лазерную навигацию, например, LGV (лазерно-управляемое транспортное средство). В автоматизированном процессе LGV программируются для взаимодействия с другими роботами, чтобы обеспечить плавное перемещение продукции по складу, будь то хранение для будущего использования или отправка непосредственно в зоны отгрузки. Сегодня AGV играет важную роль в проектировании новых заводов и складов, безопасно доставляя товары к месту назначения.

Проводные

В полу прорезается канавка, и провод помещается примерно на 2,5 см ниже поверхности. Эта канавка прорезается по траектории движения AGV. Этот провод используется для передачи радиосигнала. Датчик устанавливается на нижней части AGV, близко к полу. Датчик определяет относительное положение радиосигнала, излучаемого проводом. Эта информация используется для управления рулевой схемой, обеспечивая следование AGV по проводу.

Скотч-направление

AGV (некоторые также известны как автоматические управляемые тележки или AGC) используют ленту в качестве направляющей. Ленты могут быть двух типов: магнитные или цветные. AGV оснащаются соответствующим датчиком для следования по траектории ленты. Одним из главных преимуществ использования ленты по сравнению с проводным управлением является возможность ее легкого удаления и перемещения при необходимости изменения маршрута. Цветная лента изначально обходится дешевле, но не обладает тем преимуществом, что ее можно укладывать в зоны с интенсивным движением, где лента может быть повреждена или загрязнена. Гибкий магнитный стержень также можно встраивать в пол, как и провод, но он работает по тому же принципу, что и магнитная лента, и поэтому остается неподключенным к сети или пассивным. Еще одним преимуществом магнитной ленты является двойная полярность. Небольшие фрагменты магнитной ленты могут использоваться для изменения состояния AGC в зависимости от полярности и последовательности меток.

Лазерная навигация

Навигация осуществляется путем установки отражающей ленты на стены, столбы или стационарное оборудование. AGV несет лазерный передатчик и приемник на вращающейся турели. Лазер передается и принимается одним и тем же датчиком. Угол и (иногда) расстояние до любых отражателей, находящихся в зоне прямой видимости и в пределах досягаемости, автоматически вычисляются. Эта информация сравнивается с картой расположения отражателей, хранящейся в памяти AGV. Это позволяет навигационной системе триангулировать текущее положение AGV. Текущее положение сравнивается с запрограммированным маршрутом на карте расположения отражателей. Управление корректируется соответствующим образом для удержания AGV на заданном пути. Затем он может перемещаться к желаемой цели, используя постоянно обновляемые данные о положении. Модулированные лазеры Использование модулированного лазерного излучения обеспечивает большую дальность и точность по сравнению с импульсными лазерными системами. Излучая непрерывный веер модулированного лазерного света, система может получать непрерывное отражение сразу после того, как сканер достиг прямой видимости с отражателем. Отражение прекращается на задней кромке отражателя, что обеспечивает точное и стабильное измерение от каждого отражателя при каждом сканировании. При использовании модулированного лазера система может достичь углового разрешения около 0,1 мрад (0,006°) при 8 оборотах сканера в секунду. Импульсные лазеры Типичный импульсный лазерный сканер излучает импульсный лазерный свет с частотой 14 400 Гц, что обеспечивает максимальное возможное разрешение около 3,5 мрад (0,2°) при 8 оборотах сканера в секунду. Для обеспечения работоспособной навигации показания должны быть интерполированы на основе интенсивности отраженного лазерного света для определения центра отражателя.

Инерциальная (гироскопическая) навигация

Другая форма управления AGV – инерциальная навигация. При инерциальном управлении компьютерная система управления направляет и назначает задачи транспортным средствам. Транспондеры встраиваются в пол рабочей зоны. AGV использует эти транспондеры для проверки правильности курса. Гироскоп способен обнаруживать малейшее изменение направления движения транспортного средства и корректирует его, чтобы удерживать AGV на заданном пути. Погрешность инерционного метода составляет ±1 дюйм. Инерциальная система может работать практически в любых условиях, включая узкие проходы или экстремальные температуры. Инерциальная навигация может также включать использование магнитов, встроенных в пол помещения, которые AGV считывает и следует по ним.

Натуральная навигация

Навигация без дооборудования рабочей зоны называется навигацией по естественным ориентирам или навигацией с использованием естественных меток. Один из методов использует один или несколько датчиков определения расстояния, таких как лазерный дальномер, а также гироскопы или инерциальные измерительные блоки в сочетании с методами локализации Монте-Карло/Маркова для определения своего местоположения и динамического планирования кратчайшего допустимого пути к цели. Преимущество таких систем заключается в их высокой гибкости для доставки по запросу в любую точку. Они способны справляться с отказами, не останавливая всю производственную линию, поскольку AGV могут планировать маршруты в обход неисправного оборудования. Кроме того, их установка происходит быстро, с минимальным простоем производства.

Направление зрения

Визуально управляемые АГВ могут быть установлены без каких-либо изменений в окружающей среде или инфраструктуре. Они работают, используя камеры для записи признаков вдоль маршрута, что позволяет АГВ воспроизводить маршрут, ориентируясь по этим записанным признакам. Визуально управляемые АГВ используют технологию Evidence Grid – применение вероятностного объемного зондирования, изобретенную и первоначально разработанную доктором Хансом Моравеком в Университете Карнеги-Меллона. Технология Evidence Grid использует вероятности занятости каждой точки в пространстве для компенсации неопределенности в работе датчиков и в окружающей среде. Основными навигационными датчиками являются специально разработанные стереокамеры. Визуально управляемый АГВ использует изображения на 360 градусов для построения трехмерной карты, что позволяет ему следовать по заданному маршруту без участия человека или добавления специальных меток, ориентиров или систем позиционирования.

Геогид

Геоуправляемый AGV распознает окружающую среду для определения своего местоположения. Оборудованный технологией геонавигации, этот вилочный погрузчик обнаруживает и идентифицирует колонны, стеллажи и стены внутри склада, не требуя какой-либо инфраструктуры. Используя эти стационарные ориентиры, он может определять свое местоположение в реальном времени и прокладывать маршрут. Отсутствуют ограничения по расстоянию и количеству точек забора или доставки груза. Маршруты можно изменять неограниченно.

Управление рулем

Чтобы помочь AGV ориентироваться, он может использовать три различные системы управления движением. Дифференциальное управление скоростью – наиболее распространенная из них. В этом методе используются два независимых ведущих колеса. Каждое колесо приводится в движение с разной скоростью для поворота или с одинаковой скоростью для движения AGV вперед или назад. AGV поворачивает аналогично танку. Этот метод управления является самым простым, так как не требует дополнительных рулевых двигателей и механизмов. Чаще всего его можно встретить на AGV, используемых для транспортировки и поворота в ограниченном пространстве или при работе вблизи оборудования. Такая конструкция колес не подходит для буксировки, поскольку при повороте AGV может вызвать занос прицепа. Второй тип управления – AGV с управляемыми колесами. Этот тип управления может быть похож на рулевое управление автомобиля, но он менее маневренный. Чаще используется трехколесная конструкция, аналогичная традиционному трехколесному погрузчику. Ведущее колесо является поворотным. Этот метод обеспечивает более точное следование запрограммированному маршруту, чем дифференциальное управление скоростью. AGV с управляемыми колесами имеет более плавный ход при повороте. AGV с управляемыми колесами может использоваться в любых приложениях, в отличие от AGV с дифференциальным управлением.

Контроль зоны

Зонный контроль популярен в большинстве сред благодаря простоте установки и масштабируемости. Оптический датчик использует инфракрасный передатчик/приемник и посылает инфракрасный сигнал, который отражается обратно, работая по принципу, схожему с принципом работы ультразвукового датчика. Однако, их недостаток заключается в том, что они могут обеспечить защиту АГВ лишь с ограниченного числа направлений. Кроме того, их установка и настройка относительно сложны.

Контроль комбинации

Комбинированное управление использует датчики предотвращения столкновений и датчики управления зоной. Сочетание этих двух систем помогает предотвратить столкновения в любых ситуациях. В нормальном режиме работы используется управление зоной, а предотвращение столкновений служит системой безопасности. Например, если система управления зоной выйдет из строя, система предотвращения столкновений не допустит столкновения AGV.

Управление системой

Предприятия, использующие AGV, нуждаются в некотором виде управления этими AGV. Существует три основных способа управления AGV: панель определения местоположения, цветной графический дисплей на ЭЛТ и централизованная система регистрации и отчётности. AGV для лёгких грузов – это транспортные средства грузоподъёмностью около 500 фунтов или меньше, предназначенные для транспортировки мелких деталей, корзин или других лёгких грузов в условиях лёгкого производства. Они разработаны для работы в помещениях с ограниченным пространством. AGV для сборочных линий – это модификация AGV для лёгких грузов, применяемая в процессах последовательной сборки.

Обработка сырья

AGV обычно используются для транспортировки сырья, такого как бумага, сталь, резина, металл и пластик. Это включает в себя транспортировку материалов от зоны приемки к складу и доставку материалов непосредственно на производственные линии.

Движение в процессе работы

Перемещение незавершенной продукции – одно из первых применений автоматизированных управляемых транспортных средств, включающее в себя повторяющееся перемещение материалов на протяжении всего производственного процесса. AGV могут использоваться для перемещения материалов со склада на производственные или перерабатывающие линии, а также между различными технологическими процессами.

Перемещение поддонов

Перемещение поддонов – чрезвычайно распространенное применение автоматизированных транспортных средств (АТС), поскольку повторяющиеся перемещения поддонов часто встречаются на производственных и дистрибуционных предприятиях. АТС могут перемещать поддоны от паллетоукладчика к участку обмотки стрейч-пленкой, а затем на склад/в хранилище или к зонам отгрузки.

Обработка готовой продукции

Перемещение готовой продукции от производства к хранению или отгрузке – это последнее перемещение материалов перед доставкой клиентам. Эти перемещения часто требуют максимально бережного обращения, поскольку продукция уже завершена и может быть повреждена при неаккуратном обращении. Благодаря точно контролируемой навигации, а также плавному ускорению и замедлению, автоматизированные транспортные средства (AGV) минимизируют риск повреждений, что делает их отличным выбором для подобных задач.

Загрузка прицепа

Автоматическая загрузка прицепов – относительно новое применение автоматизированных управляемых транспортных средств, которое становится все более популярным. AGV используются для транспортировки и загрузки паллет с готовой продукцией непосредственно в стандартные прицепы для междугородних перевозок без использования специального докового оборудования. AGV могут забирать паллеты с конвейеров, стеллажей или зон накопления и доставлять их в прицеп в соответствии с заданным шаблоном загрузки. Некоторые AGV для автоматической загрузки прицепов используют технологию Natural Targeting для ориентации по стенам прицепа. Эти AGV ATL могут быть полностью беспилотными или гибридными транспортными средствами.

Руль

AGV используются для транспортировки рулонов на различных предприятиях, включая бумажные фабрики, предприятия по переработке бумаги и картона, типографии, газетные издательства, производители стали и пластмасс. AGV могут складировать и штабелировать рулоны на полу, на стеллажах, а также автоматически загружать печатные машины рулонами бумаги.

Перевозка контейнеров

AGV используются для перемещения морских контейнеров на некоторых портовых контейнерных терминалах. Основные преимущества – снижение затрат на оплату труда и более стабильная (менее подверженная колебаниям) производительность. Первое применение AGV было осуществлено в 1993 году в порту Роттердама в Нидерландах. К 2014 году в мире насчитывалось 20 автоматизированных или полуавтоматизированных портовых контейнерных терминалов, использующих как автоматизированные транспортные средства, так и автоматизированные штабелеры. Первые AGV работали на дизельном топливе с гидравлическим или электрическим приводом. Однако все больше AGV переходят на питание от аккумуляторов и автоматизированную замену аккумуляторов, что снижает выбросы и затраты на заправку, но увеличивает стоимость приобретения и уменьшает дальность хода.

Основные отрасли применения

Эффективное и экономичное перемещение материалов – важный и распространенный элемент повышения эффективности работы многих производственных предприятий и складов. Поскольку автоматические управляемые транспортные средства (АУТ) обеспечивают эффективное и экономичное перемещение материалов, они могут применяться в различных отраслях промышленности в стандартных или специализированных конструкциях, наилучшим образом соответствующих требованиям конкретной отрасли. В настоящее время АУТ используются в следующих (но не ограничиваясь ими) отраслях:

Фармацевтические

AGV являются предпочтительным способом перемещения материалов в фармацевтической промышленности. Поскольку система AGV отслеживает все перемещения, выполняемые AGV, она поддерживает валидацию процессов и cGMP (современные правила организации производства).

Химические

AGV доставляют сырье, перемещают материалы в склады для отверждения и обеспечивают транспортировку к другим технологическим ячейкам и станциям. Типичные отрасли промышленности включают производство резины, пластмасс и специальных химикатов.

Производство

AGV часто используются в общем производстве продукции. AGV обычно доставляют сырье, транспортируют незавершенную продукцию, перемещают готовую продукцию, удаляют бракованные материалы и поставляют упаковочные материалы.

Автомобильная промышленность

Установки АГВ используются на заводах штамповки, производствах силовых агрегатов (двигателей и трансмиссий) и сборочных заводах для доставки сырья, транспортировки незавершенной продукции и перемещения готовой продукции. АГВ также применяются для подачи специализированного инструмента, требующего смены.

Бумага и печать

AGV могут перемещать бумажные рулоны, поддоны и мусорные контейнеры, обеспечивая все необходимые рутинные перемещения материалов в процессах производства и складирования (размещения и извлечения) бумаги, газет, полиграфической продукции, гофрокартона, гибкой упаковки и пластиковой пленки.

Продукты питания и напитки

AGV могут использоваться для перемещения материалов в пищевой промышленности (например, для загрузки продуктов питания или лотков в стерилизаторы) и в конце производственной линии, связывая паллетировщик, обмотчик стрейч-пленкой и склад. AGV могут загружать стандартные автомобильные прицепы готовой продукцией и разгружать прицепы для обеспечения завода сырьем или упаковочными материалами. AGV также могут складировать и извлекать паллеты на складе.

Больничный

AGV становятся все более востребованными в сфере здравоохранения для эффективной транспортировки и программируются для полной интеграции с автоматическим управлением дверями, лифтами, мойками для тележек, мусороуплотнителями и другим подобным оборудованием. Обычно AGV перевозят белье, мусор, медицинские отходы, питание для пациентов, грязные подносы и тележки с хирургическим инструментарием.

Хранение

AGV, используемые на складах и в распределительных центрах, логически перемещают грузы внутри склада и готовят их к отгрузке, погрузке, приему или перемещают с индукционного конвейера на определенные места хранения. Часто такое использование сопровождается специализированным программным обеспечением для управления складом. Чтобы избежать повреждения хрупких товаров, AGV предпочтительны на складах, где обрабатываются хрупкие грузы, так как вероятность человеческой ошибки практически исключена. Склады, работающие с опасными грузами, также активно внедряют эту технологию, поскольку AGV способны функционировать в экстремальных условиях, например, в морозильных камерах.

Тематические парки

В последние годы индустрия тематических парков начала использовать AGV для аттракционов. Одной из первых систем AGV стала система для аттракциона Epcot Universe of Energy, открытого в 1982 году. На этом аттракционе использовалась проводная навигация для движения «Путешествующего театра» по трассе. Многие аттракционы используют проводную навигацию, особенно там, где сотрудникам часто приходится ходить по пути движения аттракциона, например, на (ныне закрытом аттракционе) The Great Movie Ride в Disney’s Hollywood Studios. Другой аттракцион в Hollywood Studios, использующий проводную навигацию, – это The Twilight Zone Tower of Terror, представляющий собой комбинацию башни свободного падения и темного аттракциона. Лифтовые кабины являются AGV, которые фиксируются внутри отдельных вертикальных кабин для вертикального перемещения. Когда кабина достигает этажа, требующего горизонтального движения, AGV отсоединяется от вертикальной кабины и самостоятельно выезжает из лифта. Недавняя тенденция в тематических парках – так называемые безрельсовые системы, AGV, использующие LPS, Wi-Fi или RFID для передвижения. Преимущество этой системы заключается в том, что аттракцион может выполнять, казалось бы, случайные движения, обеспечивая каждый раз уникальный опыт.

Зарядка аккумулятора

AGV используют различные варианты зарядки аккумуляторов. Выбор каждого варианта зависит от предпочтений пользователя.

Замена батареи

"Технология замены батарей" требует от оператора ручного извлечения разряженной батареи из АГВ и установки полностью заряженной батареи взамен после примерно 8–12 часов (около одной смены) работы АГВ. На выполнение этой операции с каждым АГВ в парке требуется 5–10 минут.

Автоматическая и альтернативная плата

Автоматическая и оппортунистическая зарядка аккумулятора обеспечивает непрерывную работу. В среднем, АГВ заряжается в течение 12 минут каждый час в режиме автоматической зарядки, и ручное вмешательство не требуется. При использовании оппортунистической зарядки, АГВ подзаряжается при любой возможности. Когда уровень заряда батареи достигает заранее установленного значения, АГВ завершает текущее задание, прежде чем отправиться на зарядную станцию.

Автоматическая замена батареи

Автоматическая замена батарей – это альтернатива ручной замене батарей. Она может потребовать добавления к общей системе AGV дополнительного автоматизированного оборудования – автоматического сменщика батарей. AGV подъезжают к станции замены батарей, где их батареи автоматически заменяются на полностью заряженные. Затем автоматический сменщик батарей помещает извлеченные батареи в зарядный слот для автоматической подзарядки. Автоматический сменщик батарей отслеживает состояние батарей в системе и использует только полностью заряженные. Существуют также варианты автоматической замены батарей, при которых AGV могут менять батареи друг другу. Хотя система замены батарей снижает потребность в ручном труде для замены батарей, недавние достижения в технологии зарядки позволяют заряжать батареи быстрее и эффективнее, что потенциально может устранить необходимость в их замене.