自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)（AGV）可以將工業(yè)生產(chǎn)力提高50%到70%，但其需要在空間日益緊張的工廠中擁有足夠的移動(dòng)自由。AGV設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的AGV外形越小、集成的功能越多，對(duì)最終用戶(hù)的價(jià)值就越大。選擇正確的驅(qū)動(dòng)技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)至關(guān)重要。為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)緊湊外形和高性能運(yùn)動(dòng)控制，AGV設(shè)計(jì)人員越來(lái)越多地選擇智能機(jī)電執(zhí)行器。

工廠中的AGV

在制造應(yīng)用中，AGV（圖1）取代了許多人工提升和搬運(yùn)工作，例如將坯料運(yùn)送到生產(chǎn)線，以及在整個(gè)車(chē)間、倉(cāng)庫(kù)和裝配線上轉(zhuǎn)運(yùn)貨物。目前使用的大多數(shù)AGV都由激光或磁條引導(dǎo)，部分AGV使用電纜和固定軌道，并且它們?cè)絹?lái)越多地采用無(wú)線通信方式。

圖1. AGV提升制造應(yīng)用的效率。

在典型制造應(yīng)用中，機(jī)器操作員會(huì)通過(guò)其工作站的調(diào)用終端在物流管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出零件需求信號(hào)。管理系統(tǒng)收到請(qǐng)求后，將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給AGV管理軟件，然后AGV管理軟件會(huì)根據(jù)優(yōu)先級(jí)和最佳裝卸貨動(dòng)作將任務(wù)派發(fā)給最近的車(chē)輛。當(dāng)完成工作后，操作員向控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，繼續(xù)進(jìn)行流程的下一步。

上位機(jī)始終了解AGV的狀態(tài)、位置、速度、方向、故障和功率，并控制其前進(jìn)、后退、向左、向右移動(dòng)。若遇到障礙物，AGV會(huì)自動(dòng)減速并停止以避免碰撞。障礙物清除后，AGV自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行。

智能需求

隨著AGV的使用日益增多，將車(chē)輛運(yùn)動(dòng)與高級(jí)軟件應(yīng)用程序集成的興趣也在不斷提高，這包括企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)、自動(dòng)存儲(chǔ)系統(tǒng)、模塊化輸送系統(tǒng)和資產(chǎn)管理軟件。這類(lèi)軟件有助于創(chuàng)建優(yōu)化的工作流程，只需極少的人工干預(yù)，即可完成生產(chǎn)設(shè)施內(nèi)的材料或功能轉(zhuǎn)移。

連接通過(guò)現(xiàn)代化AGV中的板載微處理器和軟件進(jìn)行管理。為了充分利用數(shù)字通信的潛力，設(shè)計(jì)人員還部署了內(nèi)置智能的智能執(zhí)行器。這使得執(zhí)行器可以集成到AGV自動(dòng)化方案中，并且執(zhí)行器之間可以直接通信。例如，可以使用執(zhí)行器的相互同步能力來(lái)開(kāi)發(fā)AGV升降臺(tái)。（圖2）

圖2. 智能執(zhí)行器為AGV的應(yīng)用集成開(kāi)辟了可能性，例如這種升降臺(tái)利用了同步多個(gè)執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)的能力

基于數(shù)字集成能力和成本的執(zhí)行器比較

機(jī)電執(zhí)行器是與面向生產(chǎn)車(chē)間應(yīng)用的AGV進(jìn)行智能集成的理想解決方案。如圖3所示，價(jià)格較低的皮帶驅(qū)動(dòng)、剪刀式凸輪齒輪和液壓系統(tǒng)幾乎或完全沒(méi)有數(shù)字集成能力；齒輪絲杠具有更高的數(shù)字集成能力，但由于需要額外的電機(jī)和控制器，因此其成本至少與智能機(jī)電執(zhí)行器相當(dāng)；空心絲杠執(zhí)行器具有類(lèi)似的數(shù)字集成能力和技術(shù)，但除了高速、大容量的倉(cāng)儲(chǔ)和配送應(yīng)用（如電子商務(wù)包裝和運(yùn)輸）外，它們?cè)谄渌麘?yīng)用中的成本明顯過(guò)高。

圖3. 基于成本和數(shù)字化能力的驅(qū)動(dòng)解決方案比較

緊湊的優(yōu)勢(shì)

無(wú)論是比較額外建筑物的成本還是利用現(xiàn)有空間實(shí)現(xiàn)最大回報(bào)，優(yōu)化外形尺寸可以為任何工廠帶來(lái)效益優(yōu)勢(shì)。由于AGV可以快速輕松地配置，因此它們比通常固定的傳送帶更節(jié)省空間。但為了在車(chē)間中自由移動(dòng)，AGV本身需要足夠的空間，同時(shí)還需要適應(yīng)更狹小空間的能力。

使用較小的執(zhí)行器是提高空間利用率的有效方法，但其所需的安裝空間仍然是一個(gè)問(wèn)題。機(jī)電執(zhí)行器通常在前端和后端都有負(fù)載適配器。如果用安裝法蘭代替?zhèn)鹘y(tǒng)的后適配器，則可減小總長(zhǎng)度和行程長(zhǎng)度之比，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供更多空間。

設(shè)計(jì)越緊湊，AGV就越容易部署在緊湊的空間中，同時(shí)降低能耗。如果AGV設(shè)計(jì)需要更昂貴的鋰離子電池，則后者尤為重要。更低的能耗也意味著更長(zhǎng)的工作時(shí)間和更低的充電頻率，這同樣有助于提高整體生產(chǎn)力。

在常見(jiàn)的執(zhí)行器選項(xiàng)中，相比于皮帶、液壓或齒輪驅(qū)動(dòng)解決方案，機(jī)電執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)給定負(fù)載所需的工作空間最小。在機(jī)電解決方案中，單法蘭安裝的選項(xiàng)對(duì)工作空間的要求最低。

基于工作空間要求的驅(qū)動(dòng)解決方案比較

例如，Thomson Industries提供了一個(gè)后安裝法蘭選項(xiàng)，可減小Electrak® HD電動(dòng)推桿的總長(zhǎng)度與行程長(zhǎng)度之比。憑借更緊湊的設(shè)計(jì)，該執(zhí)行器更易于安裝在狹小空間中，因此非常適合用來(lái)設(shè)計(jì)各種自動(dòng)化設(shè)備、AGV和起重設(shè)備，同時(shí)保持上述數(shù)字功能。

由于能夠適應(yīng)狹小空間，Thomson Electrak HD電動(dòng)推桿是緊湊型AGV的理想選擇，其利用后部安裝法蘭選項(xiàng)可減小總長(zhǎng)度與行程長(zhǎng)度之比。

應(yīng)用

每當(dāng)貨物和零件需要在平面上移動(dòng)，智能、緊湊的AGV都可以發(fā)揮作用。以下是一些經(jīng)常使用AGV的行業(yè)示例：

• 消費(fèi)品。AGV廣泛應(yīng)用于眾多消費(fèi)品行業(yè)，包括電子、醫(yī)藥、化工、香煙、紡織品和家用電器。它們被用于搬運(yùn)從精密工件和包裝零件到重型托盤(pán)的所有物品。例如，在空調(diào)制造中，可能涉及將安裝板、后濾網(wǎng)、蓋板、面板、電機(jī)、出風(fēng)口、前框架、蓋板和電容器往返運(yùn)輸至相關(guān)工作站。除了為冰箱等大尺寸重型物品的應(yīng)用帶來(lái)空間節(jié)省外，機(jī)電執(zhí)行器還板載了智能功能，能實(shí)現(xiàn)負(fù)載同步移動(dòng)。
• 玻璃纖維生產(chǎn)。在玻璃纖維的生產(chǎn)中，二氧化硅被拉制成細(xì)絲，然后粘合在一起。AGV可以與CNC機(jī)床、智能工業(yè)機(jī)器人和生產(chǎn)線集成。它們可在拉制、干燥、切割工作站之間自動(dòng)運(yùn)輸二氧化硅原料，然后進(jìn)行包裝、堆放和儲(chǔ)存。工作流程從開(kāi)始到結(jié)束是緊密協(xié)調(diào)的，機(jī)電執(zhí)行器的可編程性使玻璃纖維生產(chǎn)商能夠進(jìn)一步優(yōu)化效率。
• 汽車(chē)制造。在汽車(chē)制造中，AGV取代了用于將門(mén)、引擎蓋、鉸鏈和螺栓等組件運(yùn)送到適當(dāng)站點(diǎn)的手工作業(yè)和叉車(chē)等傳統(tǒng)方法。機(jī)電執(zhí)行器的高負(fù)載處理能力在汽車(chē)制造中尤其關(guān)鍵。
• 電子制造。晶圓和夾具等組件不能即時(shí)可用是電子產(chǎn)品生產(chǎn)線中斷的常見(jiàn)原因之一。即使輕微的延遲也可能造成高昂的代價(jià)。智能的緊湊型AGV（由可編程執(zhí)行器提供支持）可確保正確的組件在正確的時(shí)間出現(xiàn)在正確的位置，幫助實(shí)現(xiàn)高效的電子產(chǎn)品生產(chǎn)。
• 電子系統(tǒng)測(cè)試控制面板等電子系統(tǒng)的電磁特性必須在不會(huì)引起放電的環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試。配備執(zhí)行器的AGV可以通過(guò)編程以固定速率按下按鈕序列，并從測(cè)試臺(tái)移動(dòng)，從而不受干擾地進(jìn)行測(cè)試。為了確保在電子動(dòng)作期間僅產(chǎn)生低電磁輻射，執(zhí)行器需要經(jīng)過(guò)全面的測(cè)試，例如感應(yīng)負(fù)載開(kāi)關(guān)、正電感瞬變、正負(fù)耦合、啟動(dòng)、負(fù)載突降、電磁抗擾度、傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射等。

隨著全球競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，大多數(shù)分析師預(yù)測(cè)AGV的使用將持續(xù)增長(zhǎng)。不斷上漲的勞動(dòng)力成本是AGV用戶(hù)增長(zhǎng)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力，但盡可能提高所有資產(chǎn)回報(bào)的需求同樣至關(guān)重要。這些資產(chǎn)包括AGV本身和它們移動(dòng)的空間。為了優(yōu)化當(dāng)前AGV在未來(lái)應(yīng)用中的使用，選擇空間要求小的智能安全型機(jī)電執(zhí)行器是設(shè)計(jì)人員可以采取的重要措施。