一种智能AGV 汽车的立体焊装系统设计研究

一种智能AGV 汽车的立体焊装系统设计研究一文创作于：2023-04-12 10:29:42，全文字数：14699。

毕愿江

一汽模具制造有限公司 吉林省长春市 130013

1 引言

随着我国科技的不断发展，越来越多的智能化设备逐渐出现在各式各样的工厂当中，人们也在不断追求工厂的智能化与科技化，在工业物联网的背景下，许多科技概念也被人们提出，例如黑灯工厂、无人工厂等。就汽车的立体焊接安装车间而言，国内的焊接工艺与国外相比较为落后，汽车的焊接安装工作存在工厂生产线供货缓慢、生产效率低下的问题。在这样的工业应用背景之下，AGV 技术应运而生，能够有效降低工厂关于原料输送的人工成本，并且能够极大提升工厂的工作效率，同时在一定程度上优化国内汽车立体焊接安装的工艺流程。自动导航车技术（Automated Guided Vehi-cles，AGV）对于大型工厂的生产线而言，是一种新型优质的原料输送装置，相较于传统的人工搬运、人工操作机器等方式对原料进行搬运工作，AGV 技术的应用能够极大提升工厂的生产线供货问题，以当今的科技发展趋势来看，结合工业物联网的技术背景，AGV 技术作为一种新型的物料搬运设备一定能够在今后的工厂产线工作中大放异彩。AGV 技术不仅可以代替传统的人工搬运，使工厂产线的生产变得更加灵活多样，同时AGV 技术的出现打破了传统意义上的生产线平台化限制，可以将多种车型、多种物料进行混合搬运处理，极大提升工厂的生产效率与生产能力，同时在AGV 技术的加持下，有效提升工厂产线的吞吐量，极大提升工厂的经济效益。

2 工厂的立体焊装系统环境搭建

2.1 工厂立体焊装体统环境搭建概述

目前汽车工厂的立体焊装工艺生产线采取传统的人工物料搬运方式，本文设计采用AGV 自动运料导航车与传统产线相结合的方法，待上述方法取得一定成效之后，进一步扩大AGV 的应用范围与应用深度，通过一步步提高AGV 在工厂运料设备的生产份额来提升工厂智能化与自动化的水平。

AGV 技术与传统焊装产线融合方案将工厂分为几个主要的区域，分别为上料区、分布焊接区、总焊接区与下料区四部分，通过上述四部分区域相互协作，共同完成工厂的多种车型混合、多种材料供应的工作要求，实现一定产品层级下的工厂生产的多样化与高效化。柔性兼容混合的工厂生产线控制具体操作为：首先对运送的物料以及目标焊装车型进行识别、区分以及筛选，将产品型号类似的车型进行选择与分类，之后使用AGV物料运送车进行物料运送时，便能够将相应类似型号的汽车产品的物料进行统一配送，极大节省运送时间，提高工作效率，且型号类似的汽车产品零部件被AGV 物料运送车运送时，能够使用型号一致的夹具进行抓夹操作，省去更换夹具的操作能够节省能源，同时提高工作效率；当AGV 进行另一类型物料运送工作时，首先需要更换装夹物料的夹具，更换夹具时，先将夹具在相应的夹具更换停止位固定，之后通过对应的机械结构将夹具的牵引销收缩，此时AGV 的夹具便实现与AGV 的脱离，并且通过相应的操作人员在夹具库中更换相应型号的夹具，再由相应的机械结构安装上牵引销，最终实现夹具的更换操作。

2.2 AGV 控制系统构建

2.2.1 AGV控制系统总体设计

AGV 控制系统的搭建是基于PLC 硬件进行的。基于PLC 进行AGV 控制系统搭建的过程中，首先要根据工厂的实际场地、生产产品的特点以及工作流程与工艺等进行实际应用的模拟实现，根据模拟实现的结果采取更加稳定优化的设计方案，并且结合AGV 运行时的各项参数要求，设计出更加契合相应工厂生产线的工作模块，同时要在尽量兼顾实际生产过程中的控制复杂程度，尽量降低控制的复杂性，进而降低生产成本。AGV 系统的整体设计分为主循环模块、初始化模块与应急模块，三者相辅相成，共同实现AGV系统整体的良好运作。同时将AGV 系统分几大模块进行设计可以更好地进行系统的管理与优化。当系统开始使用时，首先要激活初始化模块，其激活方式可以通过蓝牙。按键开关、无线数据传播等多种方式，将整体系统初始化之后，系统进入主循环模块，开始进行既定的程序操作，当AGV 在工作过程中遇到某些突发情况，系统将会出发应急模块，及时采取相应的保护措施，保护运送的物料以及AGV 自动导航车自身。

2.2.2 AGV控制系统硬件设计

一辆自动导航车的设计不仅要有整体的设计作为骨架、精确的软件设计作为大脑，同时要有可靠的硬件作为四肢以及肌肉，因此对于AGV 而言，可靠稳定的硬件设计是必不可少的。关于AGV 的硬件系统设计，首先要考虑AGV 实际工作的工况，考虑相关的环境因素对AGV 的影响，保证其能够稳定持久的进行工作，同时满足各项工作的要求，例如相应的工作尺寸、转速、符合等参数要求应该满足基础负荷标准。对于负责运送物料的自动导航车而言，不需要其具有精美的外观结构，其基础外形尺寸要求能够满足工厂的工况要求即可，在其车体之内安装有驱动电机和转向电机，用于控制自动导航车的方向和动力，同时在车身的周围安装相应的黄色警示灯，起到警示作用，同时保证其应急模式启动时能够有明显的灯光提示。同时在车身内应配有PLC 控制器，用于其车身的控制及各项模式的切换，同时应该设置有相应的IO 接口。

2.2.3 AGV控制系统软件设计

自动导航车控制系统的软件设计是自动导航车功能的精髓所在，精确稳定的软件控制能够帮助自动导航车有效地在工厂中进行工作，基于PLC 进行AGV 控制系统的设计，首先要选取合适的PLC 型号，之后选择一系列输入、输出的模块、电源模块等，完成对PLC 的组态，之后通过STEP7 或者博图软件进行PLC 的程序编写，PLC 控制中心主要进行输入、输出端口地址的分配，保证系统的合理运行。此外还会选择安装CPI、EM222等模块进行扩展，保证系统整体的稳定性。

3 AGV 系统技术应用研究

3.1 AGV 在各生产线工作流程研究

3.1.1 供料站工作流程研究

供料站的产线设计要求为能够储存原材料，作为整个工厂的存储仓库，供料站的产线一般设置于码垛站附近，将原材料送至之后，经过码垛站的处理，将原材料位置整理好，为整个工厂相应产线后续的原料输送保驾护航。AGV 在供料站的工作流程如下：首先AGV 要将目标原材料输送至供料站的原料平台处，同时经过系统自带的原料信息条形码将每一个原材料的属性进行核对，确保运送之前原材料的相应的尺寸或属性要求能够满足，之后AGV 将原料通过夹具放置AGV 车身之上，按照程序设定好的路线进行原料输送，输送至码垛站材料指定放置处，由码垛站进行材料的收集整理。在产线的工作还没有开始之前，AGV 小车就应该按照程序的设定，自动将小车开至供料站或者搬运站附近，同时对供料站相应的磁条卡进行识别，AGV车身内的PLC 控制中心便会自动识别相应的磁条信息，同时通过自动化的信息处理与相应的大数据功能完成对信息的识别与加载，最后将该供料站相对应的原料夹具信息确认好，之后便使用确认好的夹具进行原料的夹取工作。夹取之后由PLC 下达控制指令，完成整个流程。一种智能AGV 汽车的立体焊装系统设计研究

3.1.2 搬运站工作流

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