摘要：探讨自动物流技术在棉纺织生产中的应用。以AGV小车及码垛机器人为例进行分析，介绍了AGV小车及码垛机器人的现状，论述了AGV自动导引车和码垛机器人的组成及工作原理，分析了AGV自动导引车和码垛机器人的发展趋势。指出：自动化物流技术发展将呈现出智能化、网络化、柔性化、节能化趋势，自动物流技术可以提高工作效率，节约用工，从而降低企业生产成本。
1 引言
自动化物流技术是指利用各种机械和运输设备，计算机系统和综合作业协调等技术手段，对物流系统进行整体规划。从而使物流的相关作业和内容省力、高效、合理、快速、准备、可靠。AGV(Automatic Guided Vehicle)小车和码垛桁架机器人便是自动化物流设备的典型代表。
自动导引车AGV(AutomaticGuided Vehicle) 是现代自动化物流系统中的关键设备之一,该类型小车是指装备有电磁、光学、视觉等自动导引装置,能够按照规定的导引路线自动行驶的多功能运输小车。而由一辆或多辆AGV组成的运输系统是一个完全自动化系统，称为自动导引车AGV系统，它在仓库和制造厂等工业环境中提供后勤服务。对于AGV的研究及应用始于20世纪50年代，由于其具有可靠性、灵活性、智能化等显著特点已在汽车、家电、制药、电力等众多行业领域得到广泛应用，但目前在棉纺行业应用较少。海尔集团于2000年用9台AGV组成一个柔性的库内自动搬运系统，成功完成了每天23 400件货物和零部件的搬运任务,瑞典的Volvo汽车装配厂成功将AGV应用于汽车装配线，使得装配时间减少了20%，装配故障减少39%，投资回收时间减少57%，劳动力减少5%,自20世纪90年代以来，AGV小车进入高智能化、数字化、网络化、信息化时代。到目前为止，全世界已有AGV系统10 000多个，约100 000辆AGV小车。
有码垛机器人是用在工业生产过程中执行大批量工件的获取、搬运、码垛、拆垛等任务的一类工业机器人,是集机械、电子、信息、智能技术、计算机科学等学科于一体的高新机电产品。码垛机器人技术在解决劳动力不足、提高劳动生产效率、降低生产成本、降低工人劳动强度、改善生产环境等方面具有很大潜力。国外先进的工业机器人技术和高度发达的机器人产业使得码垛机器人在各行各业都得到了广泛的应用。奥地利、瑞士、挪威等国家的酿酒厂、咖啡企业以及食品生产厂家,为减轻工人的负担,提高生产能力,降低产品破损率,利用码垛机器人,借助特殊的智能末端执行器,精准地抓取(或吸取)纸盒、香蕉纸箱、啤酒塑料箱或托盘,完成搬运和码垛(或拆垛)。基于PC的控制平台确保机器人能同时处理4条生产线和多种类型产品,整个过程中对象不会承受过大的夹持力或吸力,而且紧凑的设计使机器人的占地面积和工作空间达到了理想的水平。随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，码垛机器人得到了大量应用，目前多应用在啤酒、饮料、食品、烟草、物流等劳动强度大、生产量大、工伤事故率高的企业,为提高企业生产自动化水平、生产能力,改善企业生产和管理环境,增强企业竞争力,做出了很大的贡献。
2 AGV小车和码垛机器人的结构及工作原理
2.1 AGV小车结构及工作原理
AGV小车是一种以电池为动力，装有非接触导向装置的无人驾驶自动化运输工具。它的主要功能是在计算机监控下，按规划的路径和作业要求，使小车准确地行走并停靠在指定地点，完成一系列作业功能。自动导引车AGV主要由车载控制系统、车体系统、导航系统、行走系统、安全和辅助系统等组成。
2.1.1 车载控制系统
车载控制系统是AGV小车的核心部分，一般由计算机控制系统、导航系统、通讯系统、操作面板和电机驱动器等构成。计算机控制系统可采用PLC、单片机及工控机等。导航系统根据导航方式不同可分为电磁导航、磁条导航、光学导航、激光导航、惯性导航等。通过导航系统使AGV单车确定其自身位置，并能沿正确路径行走。通讯系统是AGV和控制台之间交换信息的桥梁，由于无线电通讯具有不受障碍物阻挡的特点，一般在控制台和AGV之间采用无线电通讯。操作面板的功能是在AGV调试时输入命令，并显示有关信息。
2.1.2 车体系统
车体框架是装配AGV其它零部件的主要支撑装置，主要分为主框架和副框架两部分。主框架用于安装各种控制和通讯设备。副框架则安装轮子、各种传感器和驱动电机。总的来说，AGV车架相当于汽车底盘，是AGV机械部分的关键。车架设计及工艺的合理性直接影响AGV的定位精度。
2.1.3 导航系统
AGV单车的导航系统是用来保证小车沿正确路径行走，并保持一定的行走精度。根据导航方式一般可分为以下几种类型。
电磁导引。电磁导引是在AGV小车行走路径上埋设金属导线，并加载低频、低压导引电流，使导线周围产生磁场，AGV小车上的感应线圈通过对导引磁场强弱的识别和跟踪来实现导引。其主要优点是引线隐蔽，不易污染和破损。缺点是路径的扩充、更改麻烦。
磁条导引。磁条导引和电磁导引类似，只是把电磁导航中的金属线改换成磁条。并在感应线圈外增加一个激励线圈。
光学导引。光学导引一般是在运行路径上铺设一条具有稳定反光率的色带。车上设有光源发射和接受反射光的光电传感器，通过对检测信号的比较调整车辆的运行方向。其优点是导引原理简单，制造成本低；缺点是易受干扰。
惯性导引。惯性导引是在AGV小车上安装惯性陀螺仪，在行驶地面上安装定位块，小车可通过陀螺仪偏差信号的计算及地面定位块信号的采集来确定自身的位置和方向，从而实现导引。其优点是定位准确性高，灵活性强；缺点是陀螺仪对振动敏感，地面条件对小车的可靠性影响较大，维护成本高。
激光导引。激光导引是在小车行驶路径的周围安装激光反射板，小车通过发射激光束，并采集由不同角度反射板反射回来的信号，根据三角几何运算来确定当前的位置和方向，从而实现对小车的导引。其优点是定位精度高，能适应复杂的路径条件及工作环境，并容易变更行驶路径；缺点是成本较高，车型构造复杂。
视觉导引。视觉导引是利用图像传感器采集路面上设置路标信息，通过计算机进行处理、识别，从而计算出车辆与路标之间的相对位置偏差从而控制运行方向。其优点是路径的设置变更简单，维护方便；缺点是图像传感器采集信息易受外部光线等因素的干扰。
2.1.4 行走系统
行走系统一般由驱动轮、从动轮和转向轮组成。形式有三轮、四轮、六轮及多轮等，三轮结构一般采用前轮转向和驱动的方式，而四轮或六轮一般采用双轮驱动、差速转向或独立转向方式。
2.1.5 安全与辅助系统
为避免AGV在系统出现故障或有人员经过小车工作路线时发生碰撞，AGV小车一般都带有障碍物探测及避撞、警音、警视、紧急停止等装置，另外，还配备自动充电等辅助装置。
此外，为了*大限度保护工作人员小车前端还设置了接触式安全环。当物体接触车体前的安全环时，内置的开关会立即触发小车紧急停车。当接触式安全环被释放且故障排除后，小车才被允许继续行走。
2.2 码垛机器人结构及工作原理
机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操作机。这种操作机具有多个轴，能借助可编程操作来处理各种材料、零部件、工具和专用装置，以执行各种任务。码垛机器人是机器人的一种，其主要功能是完成工业生产过程中大批量工件的搬运、码放等任务。目前,我国自主研发的码垛机器人的结构型式主要有直角坐标型、关节型、直角坐标型，码垛机器人为3轴机器人，3根运动轴对应直角坐标系中的X轴、Y轴和Z轴。直角坐标机器人的传动主要是通过驱动电机的转动带动同步带运动,同步带带动直线导轨上的滑块运动。直角坐标机器人具有定位精度高、空间轨迹易于求解、计算机控制简单等优点。直角坐标码垛机器人主要由机器人底座、3根运动轴(X、Y、Z)、抓具及控制系统等组成。
2.2.1 机器人底座
机器人底座部分主要用于机器人的安装，采用钢板预埋的形式，经过土建工程大致找平预埋钢板的轨道安装面。
2.2.2 X轴
X轴整体采用铝合金骨架，安装于底座之上，双列布置，与底板之间设置有轨道高度调节板，压块，以保证地轨安装的直线度和地轨的稳靠牢固。双边直线导轨支撑，传动采用齿轮齿条形式，驱动源为伺服电机，整体运行噪音小，精度高。相关的传动部位采用防护措施。
2.2.3 Y、Z 轴
Y、Z运动轴采用同步带电缸形式，直线导轨导向，伺服电机驱动，整体为悬臂简支结构形式，连接处经过特殊设计，可以有效提高机器人刚性和负载能力。电缸以铝型材作为机身，重量轻，运行精度高，表面加钢带密封装置，充分满足现场的应用要求。
2.2.4 抓具
根据抓取物料的自身属性，采用不同的抓具形式进行抓取，抓具设计形式灵活多变。
2.2.5 控制系统
控制系统 主要实现对码垛机器人的相关流程、参数的设置，及对其进行操作控制；此外，还可以实时记录、显示、保存码垛机器人的相关状态及参数，并对各种故障进行记录和实时处理。
控制系统由PLC、触摸屏、执行器件及各种检测传感器构成，其各部分功能如下：
PLC。PLC是码垛机器人各个运动及动作的控制器，接受上位机、触摸屏的数据，完成各具体运动的控制和状态检测，并通过相关数学和逻辑运算控制各运动协调、有序的运动，并将码垛机器人的各种数据上传给上位机。
触摸屏。触摸屏完成码垛机器人的运动流程、参数设置、实时显示和操作，是人机操作界面。
执行器件：执行器件完成各运动的实现。
检测传感器：检测传感器完成对各个运动及状态的检测。
3 AGV小车及码垛机器人发展趋势
现代AGV小车发展趋势是智能化、数字化、网络化。以真实环境下的规划技术为标志，开展更高层次的研究与应用。AGV小车车载计算机的软、硬件功能日趋强大，使得小车更方便从网络、无线或其它信号接收装置接收指令，从而实现自动行驶、自动作业、自动管理、自动诊断等功能。AGV动力装置也逐渐由传统铅酸电池向高性能锂电池转变，这必将大幅提高充放电比，并缩短充电时间。动力性能的进步必然也会使得AGV小车运载能力和车体设计得以进一步优化。
码垛机器人目前已广泛应用在包装、物流、食品、饮料、化工、建筑、医药等行业,可完成食品、药品、啤酒饮料等多种产品的装箱、搬运、码垛、拆垛等作业,实现了传统制造企业生产自动化,大大提高了生产能力和经济效益。高负载型机器人、并联机器人、多智能体调控技术、远程遥控、网络化机器人控制技术以及机器视觉高精度检测和引导,将是码垛机器人重点发展方向
4 结束语
随着国内、外工业智能化转型脚步加快，对于自动物流设备的需求呈快速增长趋势。随着现代科学技术的快速发展，自动化物料设备的性能必将得到不断完善与提高，功能也将越来越多样化，从而使其适合更广泛的工业及非工业的需要，必将得到越来越广泛的应用。
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