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做台“安全”的AGV-双轮差速篇

转载 2020-07-24 09:40 机器人技术宅 来源:苏州睿斯博特机器人有限公司
苏州睿斯博特机器人有限公司

该车型具有机构简单,工作可靠,成本低。在自动运行状态下小车能做前进,后退行驶并能垂直转弯机动性好。和舵轮驱动的四轮行走机构小车比例,该型号由于省去了舵轮,除了可以节省空间,小车可以做的更小的些,因此常见于潜伏式AGV / AGC,是目前市面上应用最广的的AGV模型。

一般来说,AGV 主要由安全装置(急停按纽,激光雷达,安全PLC,安全速度模块),控制装置,负载搬运装置,驱动装置,电池和电机等组成。其中,控制方面,包括功能控制(如指令解析,无线通信,导航数据处理,图像处理等),动力控制(如电源,充电控制等),安全控制(如障碍物检测,速度和转向控制等)。

比较国际上比较通用的标准有:

EN ISO 13849 -1:2015机械安全-控制系统的安全相关部件第一部分:设计通则 

EN 1175-1工业车辆的安全-电气要求-电池驱动的车辆的通用要求

EN 1525工业车辆的安全-无人驾驶车辆及其系统(未来可能会被EN ISO 3691-4替代) 

除了以上标准,德国有VDI 2510,美国有UL3100,中国有CR等标准要求。

在AGV模型设计的时候,常见的安全防护功能有急停按钮,安全扫描仪,安全触边等等,虽然这些在进行AGV安全防护配置时比较容易会想到。但是在实际做出来的系统,还是不能满足安全标准的要求。以下有一个简单的提示,以SICK的系统为例,做一个简单的介绍。

首先,在双轮差速AGV系统设计的过程中,最容易忽略的是通过接触器通断驱动系统的供电,一般需要在两个电机的电源回路上各增加一个接触器,并且两个接触器有兴趣的也可以看看下面的瑞士Bluebotics系统建议的安全配置方案。

在电机的选择上,国内的双轮差速AGV 普遍没有机械制动系统,大量采用电子制动器。这种是不符合机械制动系统的要求了。我曾经和一位做AGV的创业者聊过,,不加机械制动系统的原因,是为了便于人工推动AGV进行搬运或脱离现场,这个想法除了不安全外,还有一个问题,就是人工推动AGV的时候,电机就会变成发电机,如果不加二极管会损坏驱动器的。

此外,在电机的选择上,还比较容易忽略的是速度和转向监控。为了满足安全性的要求,建议采用双编码器,其中输入给安全雷达或速度监控模块的编码器一定要是24V的,双轮差速驱动相对于舵轮驱动的AGV来说,可以直接转换安全雷达是实现速度和转向监控,目前SICK的S300中的专业版和专家版(低配的两款不支持),北阳的UAM等雷达均支持编码器输入。如果是做激光导航的产品,比较推荐是SICK的S300专家版,可以直接通过EFM总线和安全PLC连接,不占用安全PLC的I / O,同时还可以直接作为导航雷达使用,节约系统成本。

除了单车的安全外,在设计移载工具的时候,目前大部分装置主要是克服摩擦力来保持货架与AGV的相对位置关系,紧急情况下,一旦拍下急停按钮,货架很有可能会倾倒或者失稳。所以在设计移载工具的时候,需要考虑到稳定性的要求:如果使用负载搬运,速度控制和转向控制的控制系统故障,可能导致稳定性丧失,这些控制系统的安全相关部分应符合ISO 13849-1:2015:Cat.2。这里面就需要通过编码器的输入,实现速度控制和转向控制,防止因过弯速度太快而造成的“甩尾(ESP)”等问题出现。

关于安全触边,常规的安全触边便是是没有输出,如果接线替换或触边重置,是没有办法监测的。安全触边属于接触式安全设备,也是AGV最后一道防线,为了提高安全性,,要加个专用的安全监控器,以提高安全性。(如果想了解更多,可以看之前的文章)。

一个采用安全PLC的方案外,如果考虑成本控制,但是还是想提高安全性的话,建议考虑价格支持OSSD的安全继电器,也可以满足基本的安全需求,一般安全激光雷达都支持OSSD输出。这样的安全继电器,也就是几百块钱。(OSSD是安全产品常用的输出形式之一,此类我们熟悉的安全光栅输出就是OSSD,关于OSSD,接下来我会做个专门的文章应对OSSD)

最后附上科尔摩根的一段视频,其中最认同的一句话:

“ AGV应用程序中的第一要务是安全性”。

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