AVGS和AMRS为物流带来了新的效率

自动化车辆正在改变制造和物流的面貌。无论是将部件运送到装配线和帮助运营商安装还是制作隔夜运输标准，电动动力自动化车辆为设施所有者和运动控制行业提供了一个重要的机会。

自动化车辆概念并不新鲜。第一辆自动化车辆于20世纪50年代中期发布Barrett Electronics。该概念基于卡车牵引载荷的载荷，而嵌入在地板中的电线。虽然这些系统是从自治机器人的群体中哭泣，现在已经在仓库周围的仓库，这些早期系统加快了生产，减少了员工伤害，并防止了货物和设备的损坏。如今，该技术正在发展速度比以往任何时候都更快，令人置捉甚远，更小，更高效，更功能的运动控制技术。

自动车辆的基础知识

自动化车辆可以大致分为两类：自动导向车辆（AGV）和自主移动机器人（AMRS）。AGVS遵循固定路径，由指南，如轨道，上述嵌入式电线，或在地板上的反射或磁带的简单线条。它们最常用于制造业，以在生产地板和/或仓库中运输产品，零件和原料。

与AGVS相比，AMRS不需要固定基础架构导航。事实上，灵活性是其核心价值之一。AMRS包含足够的车载处理能力和传感器，以便能够按照中央服务器传输的路径命令或管理地图和导航信息本身，并从服务器的更新。

尽管一些AGV采用了柴油、气动或液压技术，但很大一部分是基于电机的。自动化车辆使用机电致动器进行牵引、转向、提升和操作机器人配件。该应用程序提出了一系列挑战。负载从几公斤到数万公斤不等。速度通常不高，但车辆仍然需要很大的扭矩。通常情况下，解决方案是一个带有齿轮箱的大型电机。然而，传动装置形成的因素可能会减少包装，带来效率惩罚，这可能是一个问题的电池动力汽车。仓库环境还暴露运动部件在高度的冲击和振动。解决方案是存在的:这仅仅是决定正确的权衡问题。

内部自动化车辆

自动车辆由驱动轮上的牵引致动器供电。虽然可以使用AC感应电机和步进电机，但刷牙或无刷直流电动机或无刷同步交流电动机更常见。选择是否使用刷牙或无刷电机取决于在预算，占空比和终身方面的应用要求。

执行器可以通过多种方式在车轮上实现:离轮、入轮或集成为一个单元。

Off-wheel:电机和齿轮箱集成在自动化车辆的底盘中，并连接到车轮。因为效率是一个问题，所以三个常见的齿轮选择是行星，准双曲面，或螺旋齿轮箱．与工程中的大多数事情一样，有权衡。“双瓦和螺旋齿轮箱提供了更高程度的抗振性，”机器人和运动控制营销经理Darrell Paul说欧姆龙自动化．“他们更耐用。行星齿轮箱最适用于要求更高精度的应用。它们更紧凑，但也更难隔振。”

“就空间而言，如果我们能使用角式变速箱而不是直连接变速箱，那将会更好，但它们效率低下，”Tobias Pfendler说Ametek.．“在这些应用中，你需要很好的效率。另一种选择是将直齿轮箱集成到车轮中，这可以在保持效率的同时缩短长度。”

图1:将变速箱集成到轮毂减少了空间要求，同时允许使用直线变速箱，与直角变速箱相比，效率更高。（由Ametek提供）

轮内：无框架电机作为单独的转子和定子，可直接安装在车轮中（见图2）。该方法产生非常紧凑的设计，没有耦合，因此没有符合性。

图2：无框架电机可以直接集成到牵引轮中以进行非常紧凑的设计。（由盟军的议案提供）

车轮牵引电动机通常不受齿轮减少并且由于尺寸约束而受益，往往是扭矩限制。然而，对于正确的应用，它们可以是一个很好的契合，字面上和比喻。

集成轮执行器：集成的车轮执行机构将整个组装成一个单一的部分。在这种方法中，机器人制造商接收到一个可以固定在他们的自动化车辆上的部件(参见图3)。

图3：集成轮致动器在组件中使用带轮的整个机电致动器，只需连接到底盘。（由盟军的议案提供）

转向车辆
自动化车辆的主要价值之一是它能够在特定时间将货物运送到特定地点。尽管一些自动车辆在固定轨道上行驶，但大多数都需要有转向能力。车辆通过各种结构来实现这一点，这些结构结合了驱动轮和纯粹为了支撑重量而设计的固定脚轮。转向可以像让一个固定牵引轮跑得比另一个快一样简单，也可以像使用一对旋转轮让车辆侧向移动或绕圈旋转一样复杂(参见图4)。

图4:自动化车辆使用驱动轮和固定脚轮的组合来执行(从左到右)差速转向，单次旋转转向驾驶车轮，带有两个旋转驱动轮的转向，转向180°，并配有两个旋转驱动轮的转向，能够转动360°或更大。（礼貌Transbotics corp .)

除了差动转向外，机电转向需要一个单独的执行器(见图5)。根据负载和地面地形，转向可能需要很大的扭矩。再次，该应用程序提出了在空间和形式因素方面的挑战。此外，转向应用需要精确定位的反馈。

图5:永磁齿轮马达带动舵机转动方向盘。根据需要限制运动的轮角传感器和轮角限制。将转向电机集成到车轮总成有助于减少空间要求。（由盟军的议案提供）

AGV在行动中
agv通常用于制造转换E.y件，零件，甚至是整个工厂的原料。实施包括叉车，推动者，特钱，升降机和升降机。它们可以大致分为三个级别。低端AGV可能具有一些智能 - PLC或集成的自动化控制器 - 但功能有限。它们纯粹是为运输部件而设计的，通常处理较低质量。定价是关键问题;结果，它们通常是强调搁板的组件的构建。“这使得客户群更容易支持，”Mark说Sobkow，制造系统副总裁红色维京．“我们可以根据他们公司内部的技能进行调整，这样他们就会非常熟悉这些组件，即使不是他们已经在其他自动化解决方案中使用的组件。”

在下一个级别上升的价值链谎言，不仅仅是提供生产线的AGV，而且参与生产本身。AGV通常具有额外的自动化来帮助操作员，或许升降或旋转该部件。它可能包含智能工具，以适应添加到装配的新作品。该想法是调整和执行任务以提高操作员生产力和线路吞吐量。

这些属性可以带来显著的灵活性并提高吞吐量。考虑一条制造活塞发动机的生产线。这是一个极其复杂的过程，在一个静态的生产线上，如果正确的部件不能在正确的时间供应，就会被搁置。在这里，中级agv提供的灵活性可以提高生产率。Sobkow说:“也许，标准程序要求先打开燃油泵，然后再打开油泵。”“如果因为电池线路问题而无法使用燃油泵，那么我们就会采用相反的方法。该系统能够适应并真正最大化劳动力和/或装配过程，以确保利用率尽可能高。”

有了足够的控制能力，agv可以在主从配置中串联工作，例如，移动串联卡车车轴。在符合要求的工装中使用仪表，串联AGV可以调节速度和协调移动，避免在零件中引起应力。

第三种分类Sobkow的空间是繁重的行业，要么从点A到B点移动，或添加装配步骤。他指出了一家直升机制造商的例子，它使用三架协调的AGV来将50,000磅的机身从一个地方移动到另一个地方在生产地板上。“这是一个非常紧凑的空间中的大型飞机，”Sobkow说。他们试图消除任何损害的可能性。“

设计了早期的自动化车辆而无需悬浮，而是改变。“暂停正在成为设计过程的一部分，”保罗说。“这部分是用于隔振隔离的，而且当在不同的纹理或倾斜度方面时，机器人的转向精度和路径跟踪准确度。大装载机器人 - 让我们从50千克有效载荷中说出1500千克有效载荷 - 你绝对需要更复杂的悬架设计。“

仓储中的自动化车辆
与制造一样，用于仓储应用的自动化车辆系统的复杂性变化。如已经讨论的，它从自动化叉车和物流车辆开始拍摄/卸液面。这些AGV或AMRS有助于将新的出货量置于库存中。

下一个复杂的层次是自动航天飞机检索系统。在这项技术中，机器人推车在轨道上穿过仓库的货架，从箱子中提取库存，然后送到人工拣单员那里。这种方法消除了访问文件的需要。仓库存储货架可以紧密包装，并建立多层楼高，以最大限度的库存存储在最小的空间。与此同时，工作人员仍在地面上安全工作。

在早期的实现中，手推车被限制在一个层次上旅行。最近，货架系统已经建成，使垂直和水平运动完全自由。这些车辆使用运动控制技术和集成反馈来实现精确、精确和可重复的定位。

在复杂性和实用性的最高层次上，移动机器人可以在仓库和履行中心中穿梭。这些amr结构紧凑、扁平、高度灵活，可以滑过被称为“豆荚”的腿上的存储单元，将它们抬起，并将它们运送给订单拾取者。

自主机器人面临着诸多挑战。它们是由电池供电的，因此需要高效率的操作，同时需要产生高水平的扭矩。紧凑的形状因素也对可使用的组件的尺寸提出了严格的要求。我们已经讨论了应用条件对电机和传动装置的限制。电子产品也需要尽量减少对电池的需求。Elmo Motion Control的市场营销和策略总监Tomer Goldenberg说:“低压伺服驱动器通常需要电池驱动，这也意味着它们应该尽可能高效。”“这些因素导致了对小尺寸高电流驱动器的需求。”

控制
早期自治车辆在简单的速度控制闭环架构上运行。AMRS需要完全闭环伺服控制。实际上是说话的，包括闭环伺服控制，运动控制到轮式闭环控制，以及在车轮，电力传输和运动控制系统之间的闭环控制的导航。“

该架构使移动车辆能够更有效地处理动态环境和更广泛的操作，因为它能够补偿倾斜，凹凸和其他服务因素，这些服务因素可以干扰在下降或拾取点的最终定位。

导航实现有所不同。在低端自主机器人，地图和导航智能驻留在中央服务器中，将命令递给每个单独的车辆。执行方案有效地需要rE.宽带无线信号。任何导致信号中断的延迟都可能导致机器人动作的突然或停顿。

或者，地图和导航智能可以驻留在机器人上，以及服务器级车队管理系统。车队的各个机器人与服务器同步。如果发生完整的网络中断，机器人将继续运行。

AMR船队的必要控制任务之一，即服务分销中心是单独控制每个机器人，以及舰队的其余部分。适当的同步有助于防止机器人到机器人冲突，以及优化资源使用。服务器处理优化和协调，而不是控制特定车辆。“那个机器人的路径规划变得更加高效，”保罗说。“您可以开始将轨迹插值合并到您的运动控制中。导航系统能够预测移动物体的轨迹，无论是人还是设备，都能够在到达该目的地之前更多地补偿它们的运动控制。“而不是两个机器人在彼此面对的交叉路径上，直到它们可以在围绕找到清晰的路径蠕动，而是可以继续以速度继续移动，同时在没有碰撞的轨迹中进行平稳调整。

车队管理工具还有其他任务要完成。西门子运动控制业务销售总监Bhaskar Chopra表示:“对于OEM AGV制造商来说，一个有趣的挑战是如何建立一个有效的充电机制。“充电机制需要成为一个更大的充电座的一部分，该充电座可能会使用配电中心现有的480v电源，但能够有效降低该充电座的功率，以某种预先存在的优化方式为数十个agv充电。车队管理工具不仅仅是优化AGV路线。它需要优化充电机制、充电时间和平衡负载，这样才能在不消耗电池的情况下，尽可能多地完成AGV的工作。”

很明显，自动化车辆是否是AGVS或AMR，可以更好地重新制定传统流程。精心设计的AGV / AMR程序对制造和仓储增添了更大的灵活性。资产所有者应该执行模拟以优化其系统的部署。他们还应注意实施适当的安全性分析和适当的功能安全技术，以保护人员，产品和设备。