应用TRIZ 论 决激光定位型自动导引车 复定位偏 过大问题

文/牛海颐

自动导引车(Automated Guided Vehicles，AGV)又名无人搬运车，出现于20世纪50年代，是一种自动化无人驾驶的智能搬运设备，能够沿预先设定的路径行驶，是现代工业自动化物流系统，如计算机集成制造系统(CIMS)中的关键设备之一。

AGV具有自动化程度高、安全、灵活等特点，可广泛应用于柔性系统的各个运输搬运环节，按照系统指令自动存放、搬运各类半成品、成品零部件到规定的位置，从而实现数字化车间物料的自动搬运，是柔性制造生产线和自动化立体仓库等现代化物流仓储系统的关键设备之一，广泛应用于汽车制造、机械加工等自动化生产和仓储系统。

激光导引是目前自动导引车系统中普遍采用的导引方式，根据它的导引原理，自动导引车在导引区中可自由行走并精确定位，利用激光雷达检测场地中预置的反光板进行定位，自动与柔性生产线、立体仓库等设备对接。重复定位精度要求较高，如果由于内外因素影响造成重复定位偏差较大，严重的可能出现托盘卡死、物料倾毁、损坏对接设备等后果；优化、检验重复定位精度也成为AGV系统调试阶段耗时费力的工作。因此，分析解决激光型自动导引车重复定位偏差过大问题，可以有效增强系统运行稳定性，提高调试效率。

一、系统分析

常见的激光型自导引车系统主要由以下部分组成：车体（包含舵轮）、控制系统、激光雷达、舵轮角度反馈系统、导航设备（反光板）、控制计算机；与系统相关的外部组成包括运行场地、操作人员、托盘（物料）等，如图1。

分析主要组件之间关系，可建立功能模型，如图2。

图1：激光导引车的组成

激光雷达检测环境中各反光板位置，对自身进行定位，实时将位置信息提供给自动导引车的车载控制系统。控制系统将该信息与目标位置比对，生成对运动执行机构及舵轮的控制指令，并通过角度反馈系统做速度/位置修正；操作员（或对接设备）在指定位置摆放物料托盘，由自动导引车自动叉取；运行场地支撑自动导引车车体、物料托盘及定位用反光板，当场地条件变化会对托盘、反光板位置，以及舵轮行走状态造成影响。

图2：组件功能分析模型

图3：因果链分析

由此进行因果链分析，如图3。

可以看到，系统问题的主要原因可分为：

1.周边环境因素影响2.人工干扰

3.自动导引车内部原因

针对周边环境因素影响，可以给出的解决方案是：消除干扰因素；调整反光板。

针对人工干扰，可以给出的解决方案是：

进行规范要求。

针对激光型自动导引车内部原因，可以给出的解决方案是：

矫正出现问题的参数；弥补设计时出现的问题。

二、解决方案

1.技术矛盾

所谓技术矛盾，是指在一个技术系统中两个子系统之间的矛盾：

在一个子系统中引入一种有用功能，导致另一个子系统产生一种有害功能或加强了已存在的一种有害功能；消除一种有害功能导致另一个子系统有用功能降低；

有用功能的加强或有害功能的减少另一个子系统或系统变得复杂化。

图4：根据分割原理改进方案

图5：根据动态特性原理改进方案

图6：根据嵌套原理改进方案

根据技术矛盾分析主要问题：

如果改变舵轮与角度反馈系统之间的结构，那么舵轮与角度反馈系统将同步运行，但是结构系统可能需要定制，缺少通用性。

提出的参数如下：

改善参数：形态；

恶化参数：适应性及通用性。

根据以上两个参数，查找矛盾矩阵表，得到以下两个创新发明原理：分割原理和动态特性原理。

（1）分割原理

把一个物体分割成相互独立的，或容易组装和拆卸的部分。

原角度反馈系统中转向编码器与齿轮直接安装，安装精度要求非常高；而且对编码器未采取保护措施，舵轮转向产生的冲击力，会对编码器造成物理性损伤。改进后的反馈角度系统将编码器与齿轮分离，中间增加安装支座以及同心轴抵消因舵轮转向带来的振动，减少安装精度要求，方便调试。 根据分割原理改进方案，如图4。

（2）动态特性原理（动态法）

使不动的物体变成可动的或将物体分成可彼此相互移动的几个部分。根据动态特性原理改进方案，如图5。

利用技术矛盾中的动态特性原理，在舵轮与转向角度系统之间增加拉簧摆臂系统。通过拉簧摆臂系统，使舵轮与角度反馈系统之间紧密连接，优化机构间的啮合关系，消除由于安装过紧产生的有害径向力，自动补偿磨损造成的齿轮间隙，保证角度反馈系统与舵轮同步动转。

2.物理矛盾

物理矛盾含义是指一个技术系统中，由表述系统性能的同一个参数具有相互排斥（相反的或不同的）需求所构成的矛盾称之为物理矛盾。我们选取的物理参数为能量消耗。即：运动物体能量消耗既要大，以达到驱动目的；又要小，以优化整机。物理矛盾分别有四个分离原理，分别是：（1）空间分离；（2）时间分离；（3）条件分离；（4）整体与局部分离。我们选取的分离原理为空间分离原理。

空间分离原理：将冲突双方在不同的空间上进行分离，以获得问题的解决方案。选取了空间分离中的局部嵌套原理进行解决。

局部嵌套原理：把一个物体嵌入第二个物体，然后将这两个物体再嵌入第三个物体：让某物体穿过另一个空腔。

舵轮传递到角度反馈编码器的位置不准确或不正确，编码器长期被动运转将导致位置编移，纠其根本是结构设计问题。

利用空间分离的嵌套原理，在角度反馈编码器安装支座中增加同心轴结构，保证编码器与舵轮的稳定性，减少磨损以及安装精度要求，延长设备使用寿命。嵌套原理改进方案，如图6。

三、结论

本文应用TRIZ理论，优化转向角度系统结构，提高自动导引车反馈数据准确性，降低安装调试难度，减少人员安装调试时间，并延长了自动导引车关键部位的使用寿命，降低维修成本以及因自动导引车非正常定位造成生产事故的几率。