基于智能AGV的汽车焊装系统开发及应用测试

基于智能AGV的汽车焊装系统开发及应用测试

1 引言

AGV技术的全称为自动引导车技术,其核心原理在于使用光学或者电磁学的物理特点,对相关的行驶路线进行规划,采取电磁引导装置或者光学引导装置对由计算机控制、车轮为移动方式的运输工具进行路径规划,从而实现自动驾驶的目的。这样的AGV技术应用于工业的方方面面,能够有效降低人力成本,提高工作效率。

随着经济的发展与科技的不断进步,越来越多的工厂希望实现工业生产的自动化操作,同时由于经济的不断发展,人工的成本也在逐年增高,对于汽车生产工厂而言,能够实现汽车生产与焊装的自动化,对于整个工厂的经济效益提升、整个工厂和诸多产线生产效率的提高都有着极大的帮助,因此,在这样的经济与科技背景下,AGV技术能够很好地应用于当前我国汽车焊装工厂的生产流程中。目前AGV技术已经广泛应用于我国的多家汽车生产厂家,例如一汽红旗、上汽大众等汽车生产工厂已经实现了AGV全自动物流搬运与运输,对于整个工厂效率的提高起重要的作用。AGV技术打破了传统汽车柔性焊装行业的局限性思路,使汽车柔性焊装相关的生产工艺与工作流程逐渐向着自动化、柔性化、智能化的方向迈进,加入AGV技术的汽车柔性焊装生产线,不仅可以适用于多种汽车车型,同时可以根据不同的汽车特点与工艺要求进行多样搭配,极大提高该厂产线的生产能力与生产效率,可谓是一举多得。

2 常见AGV的种类及特点

2.1 根据导航方式对 AGV 进行分类

a. 磁性导航方式

AGV的磁性导航方式主要是以磁力作为AGV的行驶引导力,AGV在行驶过程中,通过受场地上预先埋设好的多根磁条与磁钉进行行驶的定位与引导。磁性导航方式对于AGV而言,实现的经济成本较低、技术水平较低,易于操作与推广;而缺点在于磁性效果容易收到其他因素的干扰和影响,同时磁条与磁钉容易受到损伤,寿命较短。

b. 惯性导航方式

AGV的惯性导航方式主要使用的设备是陀螺仪,实际行驶过程中,AGV上的陀螺仪通过识别预先在工作场地上设定好的定位块,进行AGV行驶的方向定位与路程规划,在计算机的引导下采集相应的位置信号并进行处理,从而实现精准的导航与路径规划效果。惯性导航方式是一种高精度的AGV导航方式,而对于部分企业而言陀螺仪价格过高,因此难以广泛推广。

c. 光学导航方式。

AGV的光学导航方式主要使用的技术是计算机的视觉识别技术,通过安装在AGV上的光学摄像机对场地上实现安装好的色带图像进行识别与处理,并且获取相应的导航位置信息,根据获取的信息进行下一步行驶的定位操作,最终实现AGV的导航与定位工作。光学导航方式对于AGV而言是一种良好的导航方式,因为光学导航的成本较低,且路线导航与规划的灵活性极高,且非常容易操作,而美中不足之处在于色带需要经常维护更换,因此光学导航方式更适合于室内的AGV导航操作。

2.2 根据移动方式对 AGV 进行分类

AGV主要是以轮式移动为主,但AGV的移动方式有多种,适应于不同的生产环境与工况,其中主要分为承载式AGV和牵引式AGV,其主要的区别在于牵引式AGV主要用于物流的运输,通过对承载物品的容器进行拖挂,带动其行驶;而承载式AGV主要承载一些大型设备的零部件,同时承载式AGV能够有效地保证传送的精度与稳定性,因此较适合于汽车的柔性焊装系统。

3 AGV 技术在汽车柔性焊装工艺中的应用

3.1 AGV 助力实现自动化柔性焊装工厂

传统汽车柔性焊装工艺生产线主要使用人工进行物料的搬运工作,尤其对于一些贵重的零部件更加需要人工进行搬运,一些大型的设备与零部件则采用人工驾驶拖车、叉车的方式进行物料的运输,这样的方式不仅效率低下,且人工成本巨大,使用上述的物料搬运方式无法为汽车生产企业创造出更大的经济效益;目前我国部分汽车柔性焊装产线使用了AGV技术对相关的物料进行运输操作,不但可以改变物流运送的模式,提高工作的效率,降低经济成本,同时自动化的产线可以减少人工的参与,极大提高了生产车间的安全指数,对于员工的安全具有重大的保障。

AGV主要分为牵引式AGV与承载式AGV。对于精度要求不高的场合使用牵引式AGV,牵引式AGV适用于更多的生产场合与工作背景;而对于精度要求较高的场合,对于汽车焊接工艺而言,精度要求较高的下料口以及自动区域应使用承载式AGV,一汽红旗焊装普遍应用承载式AGV。

3.2 AGV 与柔性焊装机器人相互衔接,保证安装精度

AGV在自身行走过程中通过磁力导航方式、光学导航方式等进行导航,导航的定位精为±3-5mm,而柔性焊接系统的精度要求为±0.1mm。因此要保证AGV在工作行驶过程中的定位精度,才能保证在柔性焊装过程中的精度,因此如何将汽车的柔性焊装操作机器人与运送柔性焊装系统所需重要零部件的AGV进行良好地衔接,是智能化汽车柔性焊装系统所必须考虑的问题。针对上述的问题,采取以下两种解决的方案。

(1)在AGV送料车的多种导航方式基础之上,采取运送到位之后的X、Y、Z三个方向上的定位,确保其精确程度。对于各个方向的定位工作,可以采用不同的机械结构进行定位工作的实现与定位精度的把握。

(2)为柔性焊装机器人安装摄像头,采取计算机视觉技术智能识别引导柔性焊装机器人的机械臂与机械手进行物料的拾取操作,结合上述AGV的三自由度定位工作,能够进一步保证物料的精准识别与获取,进一步保证汽车的柔性焊装系统工作的精确性和稳定性。

3.3 AGV 在汽车车身焊装调整线上的应用

对于传统的汽车柔性焊装系统而言,调整线的输送形式主要采用固定滚床的输送方式对相应的物料进行运输操作,而这样的固定运送装置无法适应多种汽车车型变化的情况,无法灵活地进行调整线长度上的调整,自然无法适应多种多样的汽车产品在调整线上的工作,因此对于现代化、智能化的汽车柔性焊装系统而言,应该采取新型的调整线设备与技术,避免传统调整线上设备固定、无法灵活调整的情况出现而影响整体生产的柔性生产。

对于新型的汽车柔性焊装系统而言,可以采用智能化的AGV技术代替传统的固定滚床来进行物料的输送工作,不仅可以满足相应的工作要求,同时可以极大提升应用AGV技术的调整线的整个生产弹性与灵活度,针对不同的汽车车型与工作要求能够更加广泛地适用。

3.4 AGV 能够自适应生产流程与生产车型

传统的汽车焊装生产线通常为线性生产线,生产布局形式较为单一,且生产线所使用与安装的工艺设备只能适用于一种车型,设备更换时间长,且严重耽误生产的时间与进度,因此当面对多种车型进行混合生产的时候,传统生产线就会出现力不从心的情况,这样的情况会导致整个生产线上部分设备超负荷工作,而部分设备却鲜有使用,造成了设备的严重浪费与工艺分配的不平衡,更为严重的情况可能出现无法对相应的车型进行实际的焊装操作,严重影响企业的经济效益。

将AGV应用于汽车的柔性焊装生产工艺当中可以有效地解决传统的生产模式下,由于汽车多车型混合生产所造成的设备使用不平衡、生产时间与设备资源严重浪费的问题。由于AGV具有高灵活性、易于控制的特点,因此对于传统的汽车柔性焊装生产线,将输送方式及设备使用进行分类,形成模块化的生产线,根据相应的模块形成对应的工作站,例如滚边模块、下部焊接模块、主线焊接模块、激光焊接模块等,由高自由度与灵活度的AGV设备代替传统的滚床、传送带等运输设备,对相应的生产模块进行物料的运输与配送工作,同时将AGV设备与中控计算机组进行通信连接,由中控计算机组进行当前生产车型的识别与核对,将相应的生产信息传递给AGV设备,由AGV设备上的智能路径规划模块进行路径的相应规划,从而将物料运送给所需物料的柔性焊装工作模块。对整个柔性焊装系统生产线而言,由AGV设备连接整个生产线的相应模块,可以满足柔性焊装系统生产线对不同车型的生产要求,极大提高汽车柔性焊装设备利用率。

3.5 AGV 切换工装夹具,保证夹具精度

由于汽车焊接生产安装要求精度高,而AGV的运输工作无法保证其自身具有相应的高精度,因此在一般的焊装生产活动中,往往为AGV设备配备辅助的工装夹具,同时AGV可以自动切换相应的工装夹具,在满足实际焊接生产过程精度要求的同时,可以扩大自身的工作应用范围,以多种不同工装夹具的功能来应对相应的工作要求。以下为提升AGV工装夹具精度的方案。

使用承载式升降AGV配合高精度工装夹具的形式适应多种车型不同连接工艺的焊装生产场合。AGV自身带承载式举升功能,AGV自带的举升托盘带浮动装置,具备水平位置调整功能,可以灵活地进行水平方向的调整,以适应料口位置物料的承接,料口处带滚轮支撑定位和侧向导向轮组(或者料口处带定位销组),对工装夹具进行导向、调整和精确定位。

4 性能指标

对于不同的工作情况所采用的相应结构与导航方式的AGV设备,相应的AGV设备应该具有能够满足其工作要求的功能参数,例如对于物料搬运工作使用的AGV而言,不要求物料搬运AGV具有极高的定位精度,反而要求其在牺牲一定的定位精度情况下,严格保证设备自身的使用寿命、待机时间、工作稳定性等;而对于汽车焊接与安装操作所对应使用的AGV设备则要求其具有极高的定位精度,以满足焊装过程中的定位要求。

国内AGV有10年左右的应用历史,而国外已经有30年左右的应用历史,如表1所示,通过国内外2t承载式AGV主要参数的对比,了解AGV的性能指标。

图片[1]-基于智能AGV的汽车焊装系统开发及应用测试
表1 2t承载式AGV主要性能指标

根据不同的用途,合理选择AGV的功能参数,使AGV功能利用最大化,对成本控制有很大的帮助。

5 路径规划

如何进行AGV在汽车柔性焊接安装系统中的路径规划应用,是研究智能化AGV技术的重要方向,对于汽车柔性焊装系统而言,不仅要保证AGV在送料过程中的生产节拍,同时要避免由于生产线等待送料而停止生产,并且要注意避免不同的AGV之间造成路径冲突的问题,降低整体AGV的管理成本。

AGV 物流路径规划通常有以下 2 种形式。

(1)运送起始点固定的形式。运送起始点固定的情况下使用AGV是最为简单且安全的方式,在这种方式下进行汽车焊接物料的运送,几乎不会涉及到路径之间存在冲突的问题。这样的运送模式具有工作路线简单,易于编写程序,错误率较低的优点,但是对于复杂工况下的大型项目而言,运送起始点固定的AGV无法满足巨大工作量的要求。

(2)运送过程中设有仓库的形式。对于较为复杂的物料运输工作而言,AGV需要经过大量复杂的路线,而大量复杂的路线当中可能具有一部分高度重叠的路线区域,这样的路线区域是AGV的“必经之路”,鉴于其具有特殊的工作属性,可以在上述必经之路的设备模块上设置相应的物料站,使AGV在经过这些所谓必经之路的时候能够及时地补充物料。

6 控制系统

AGV通信系统不仅需要完成对于整个生产线各个工作子模块的信息接收工作,及时处理其反馈的工作信息,同时还要对反馈的相应信息进行整合与处理,之后将整合之后的信息与AGV上层的中控计算机组进行信息的交流与传递,获取最新的工作要求指示,将相应的工作要求通过通信系统传递给AGV,使其进行工作;同时将生产线上各个工作模块的工作信息实时地反馈给上位机,使其进行下一步工作处理。

对于一般的汽车柔性焊接安装系统而言,配备上述系统的工厂往往具有较大的工厂占地面积、数量众多的AGV运输项目与运输模块,因此对于如此众多的生产项目与生产路线,能够很好地保证AGV与各个模块、上位机之间的信息传递的方法为无线通信方式,上位机与诸多AGV组成一组局域网,通过上位机对下属的AGV进行命令的发送,控制相应的AGV进行不同的工作动作。

7 结语

本文首先阐述了如今AGV在汽车柔性焊装工作当中的重要用途,同时简要对一些AGV引导方式、移动方式进行分类介绍,之后着重研究讨论了AGV技术对于智能化汽车柔性焊装系统的重要作用与应用方法,同时对上述的工作项目中功能参数的确定、控制模式的选取进行设计与规划,同时对AGV重要的技术要求——路径规划进行了模式的设计与具体实施方法的给定,保证AGV在工作中能够良好的规划路线,满足智能化汽车柔性焊装系统的要求,提高生产效率,降低生产成本。

参考文献

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