什么是AGV?

       AGV即Automated Guided Vehicle，简称AGV。当前最常见的应用如:AGV智能搬运机器人或AGV小车，主要功用集中在自动物流搬转运，AGV智能搬运机器人是通过特殊地标导航自动将物品运输至指定地点，最常见的引导方式有磁条引导、激光引导、RFID引导等。
       我院复合制造与智能识别研究所在AGV领域深耕多年，研发出了新一代AGV智能物流机器人，其关键部件与软件技术的研究实现了AGV的自动化、个性化、系统化的新模式；同时，实现了机器自动化生产、作业管理网络化、输入产量需求即可自动准确完成的人性化、渐已形成了以机器为主，人工监察的自动化生产结构，大大的提高了生产效率及质量，也给人创造了安全的作业环境。
我院复合制造与智能识别研究所（简称“复合制造所”）研发的新一代AGV智能物流机器人的强大性能。

科技研发

1，AGV的用途：
      市面上的AGV搬运机器人主要集中应用在制造业物料搬运方面，AGV在制造业应用中以其高效、准确、灵活地完成物料的搬运任务而著称。同时，它可以多台AGV组成柔性的物流搬运系统，搬运路线可以随着生产工艺流程的调整而及时调整，使一条生产线上能够制造出十几种产品，大大提高了生产的柔性和企业的竞争力。AGV作为基础搬运工具，AGV的应用深入到机械加工、家电生产、微电子制造、卷烟等多个行业，生产加工领域成为AGV应用最广泛的领域，它是柔性制造的基础工具。

2，研发目标：
      下一代智能工艺AGV，调度与自主避障问题将变得非常困难，伴随AGV数量越多，调度难度呈指数级增大。因此，调度系统成为AGV行业的一个关键技术，而且能够调度的AGV数量也成为评判系统强大与否的重要指标。虽然目前从事AGV行业的企业很多，但是具有大数据量和复杂调度能力的企业并不多见，而能够真正把调度系统优化的很好、能够最高效率地利用AGV系统的企业更是屈指可数。
       工业领域的AGV，高可靠性、低维护性也是行业倒逼的结果。开发高可靠性、高速度、高角速度的驱动舵轮是提高定位能力、减少故障率、提升生产系效率的重要举措之一。AGV舵轮集成了驱动电机、转向电机、减速电机等一体化的机械结构，集产品、行走、牵引和转向功能为一体，可以荷载和牵引较重的货物，从   而满足下一代智能AGV大载荷和精准定位的应用需求。
       我院复合制造所，针对下一代系统大吞吐量智能AGV的调度需求和汽车矩阵式制造的高匹配精度要求，建立应对数据吞吐量阶跃提升的方法，形成多种类、宽适应和大吞吐量的智能工艺AGV的新型中控系统，突破了与多类传统AGV协同调度的数量难题；研发高定位精度舵轮系统，解决AGV可靠高精密传动问题；最终以中控和舵轮为关键牵引，形成适用 “五大理念”的智能AGV整车样机。

科技创新

1，改进的激光SLAM导航定位技术
       国内某公司AGV产品负重1500kg的重复定位精度在±10mm，国外某知名AGV产品负重1500kg时精度前进重复定位精度在±5mm，横行停止精度在±10mm。本项目通过改进粒子群进化算法对粒子波的运动模型采样粒子进行优化，改善粒子滤波算法的退化现象，提高SLAM算法的定位精度。

2，改进的电机驱动器控制技术
       针对现有的电机驱动控制中存在舵轮速度波动率较高且电机的重复定位精度较高等问题，提出微分前馈终端滑模控制策略，速度环采用自适应模糊控制方法，提高速度环抑制速度波动能力，在位置环加入快速终端滑模控制，提高舵轮位置控制精度。

3，改进轨迹追踪算法研究
       针对现有AGV轨迹跟踪速度慢，跟踪精度不高等问题，提出一种Back-stepping的控制算法结合Lyapunov设计控制器，提高鲁棒性和跟踪的精确性最终实现AGV整车重复定位精度的目标。

4，实时处理大量数据满足各种场景需求
       基于的Kafka架构来实现AGV集群系统的调度功能，其具有分布式、支持分区、多副本等特点，最大优点就是可以实时处理大量数据满足需求场景。该项目提出的改进遗传算法，能有效降低系统的负载量标准差，其数值下降63.58%。该算法有助于缓解实际生产区域内严重拥堵现象。提出利用表面微织构、二维材料添加剂等方法，解决液体超滑受速度、压力和温度等因素的限制，建立高速、重载等情况下的固液耦合超滑体系。解释超滑界面形成、演化和时效机制，建立固液耦合超滑的物理模型，突破液体超滑的压力极限。以此解决舵轮中关键部件摩擦磨损问题，提高舵轮精度和稳定性。

5，改进人工蜂群调度任务分配算法技术
       在AGV的调度更新策略中，利用其线性更新维数机制加快搜索过程。AGV在活动区域的行驶路径单一导致拥堵。关键技术是引入“基于图论搜索算法和均衡负载与强化学习的多AGV路径规划算法的技术”。通过该算法，获取高密度AGV调度路径规划问题的最优解。

区域内拥堵情况对比图：
上图为正常A*路径规划的拥堵情况
下图是基于图论算法优化后的

 

IABC提升调度规模自适应性、提高调度效率对比图：
左图为普通ABC（蜂群算法）任务分配效率图
右图是IABC（智能蜂群）任务分配效率图
 

具有“五大新理念”的新型AGV

       如图展示AGV标准负载是600KG，采用SLAM激光+视觉定位及惯性导航综合导航策略。硬件结构采用公模的方式，是业内主流的工业设计，也是相对稳定的设计，可以应对80%以上的工厂环境。其优势在于提供更智能的软件定制化服务，是清华大学独有技术，具备智能加速、智能避障、智能选路、智能超车功能。驱动方式为双舵轮驱动，车体有更高的自由度。

应用价值

       汽车行业对AGV应用领域需求巨大。AGV在汽车行业的典型应用主要在于发动机装配线，或者底盘和平台的对接。比如：原材料的自动运输、总装线的运输、测试区的往来运输以及生产车间与成品之间的自动运输。无论是从使用量还是应用成熟度，汽车行业无疑是AGV最强大的市场和最大的支持力量。
       一个汽车企业往往要使用数百台甚至上千台AGV，如东风日产广州花都工厂就使用了超过1000台AGV。从目前国内汽车制造厂商的数据来看，大多数汽车企业都采用了国产的AGV作为厂内生产物流的一个流通硬件，国产化率较高。因此，需要大力发展国产智能AGV调度系统，满足生产需求。

一汽红旗现场应用
       目前，我院复合制造所与长春一汽红旗就AGV（移动机器人）在涂装、总装车间的应用开展了一系列深度的研究和合作。目前“涂装多功能AGV研究”已完成现场应用，作为我国首款应用在汽车制造工艺流程中可以替代滚筒线的超高精度多功能AGV，该设备的投入使用，可大幅度提高汽车产线柔性并促进产线向高端智能化作业的转变，为促进汽车制造在“工业4.0”中的“矩阵式”生产模式的发展打下夯实的基础。
       同时，为企业开发的“总装车间AGV智能集群调度研究”，实现了红旗长青总装车间多种类AGV间的高度协同配合功能，其中的亮点与难点是进行SLAM激光AGV与磁条AGV协同作业技术开发，在“磁条导航AGV与智能调度系统”的基础上，通过实现6台SLAM智能激光配合15台磁条AGV共同完成产线任务（包含多车编组，规定车辆超车，激光AGV伴随磁条AGV等功能），解决了长青基地总装车门线AGV的部分拥堵问题。该系统在传统磁条AGV的基础之上实现了2种不同导航策略的AGV的相互协同，为企业创造了更高的经济效益。

复合制造与智能识别研究所
       清华大学天津高端装备研究院复合制造与智能识别研究所以表面工程、非标自动化、在线检测以及智能识别技术为技术核心，开展了高速电机的绝缘轴承喷涂的表面工艺、航空非标制造、视觉检测以及AGV整车、AGV舵轮关键零部件生产等高端研发项目。项目团队成员80%以上具有重点高校硕士以上学历，通过自主研发与创新，解决产业化核心问题，已与多家制造企业公司合作，解决生产难题，优势互补、资源共享，整合产业链，形成集研发、生产、销售为一体的团队。

技术对接、业务洽谈
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来源|复合制造与智能识别研究所

编辑|王肖

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