自动导引车的认证及安全解决方案

廖雯涓

[摘    要]随着自动导引车的普及，海内外需求的增加以及安全标准的完善，自动导引车的安全方案越发重要。文章主要针对AGV的安全方案进行简单的分析与介绍。

[关键词]AGV;安全解决方案;CE认证

[中图分类号]TP391 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）03–0–03

[Abstract]With the popularization of automated guided vehicles， the increasing demand at home and abroad， and the improvement of safety standards， the safety scheme of automated guided vehicles is becoming more and more important. A simple analysis and introduction is mainly aimed at the AGV's safety scheme.

[Keywords]AGV; security solutions; CE certification

1 自动导引车的背景介绍

随着近几年工控行业自动化程度的提升，使用人力进行传统物料搬运的操作逐步倾向于无人化，自动导引车（AGV）在制造行业中除了能替代人力完成搬运工作外，同时搭配协作机器人能完成更复杂的操作。自动导引车具有如下优势。

（1）无需人员驾驶，根据预设的路线自动驾驶，完成运输的操作。

（2）可提高物流运输及自动化效率，AGV除了能完成自身运输任务外，亦可与其他自动装卸设备进行对接，实现上下料全自动化的功能。

（3）使用AGV可大幅降低物流成本，减少叉车、拖车、铲车等相关操作人员的投入费用;此外，AGV可24h工作，保证生产效率。

2 自动导引车的相关认证

随着AGV的日渐普及，其对应的相关认证以及国际标准也日渐完善。此前有EN1525作为自动导引车的安全标准，而在2020年，针对AGV的C类标准ISO3691-4也正式投入使用。ISO3691-4在EN1525的标准框架上，进一步完善了安全功能的要求，从应用前期的风险评估、系统安全、硬件软件设计以及后期安全功能测试等各方面都有了更细化的标准制定。除了国际标准，GB/T30029—2013国标自动导引车设计通则以及GB/T27544—2011国标工业车辆电气设计要求也为AGV的安全认证提供了较为详细的指引标准。在工业4.0的推动下，技术的发展速度日益增快，但无论如何发展，安全始终是一个需要直视的话题，在推动机器人、AGV快速发展的同时，安全标准以及安全方案依然是工业制造行业中十分重要的一环。

2.1 CR认证安全解决方案

CR认证全称为China Robot，目前认证主要包含各类机器人以及AGV等。虽然目前CR认证与CE认证不同，暂时属于非强制认证，但其意义在于确保AGV以及机器人的安全性是否达到国家标准。国内部分终端客户都需要提供设备或产品的认证证书，因此CR证书可作为投标的门槛。虽然国内绝大部分终端客户并不会将CR证书作为强制条件，但有证书可作为加分项。

2.2 CE认证安全解决方案

随着海外项目数量的增加，国内AGV出口根据目标国家的不同，其需要满足的认证也有所差异，例如出口至欧盟需要CE认证，出口至美国则需要UL认证等。针对AGV的出口认证，安全认证是必不可少的，目前主要参考的国际标准为ISO13849以及IS03691-4，该标准针对AGV小车的速度监控、姿态控制、急停、货物装载以及超限运动等都提出了相应需要满足的安全等级（performance level）。只有当整车认证都满足标准的安全等级，第三方认证机构才能为AGV厂家提供CE证书。

3 自动导引车的安全解决方案

根据AGV车型的不同，安全解决方案大致分为两种;一类为单舵轮叉车式AGV安全解决方案;另一类则为双舵轮潜伏式AGV安全解决方案。

根据对ISO3691-4的安全标准的解读，对其中与AGV安全相关程度最高的细则进行了划分，由此可更有针对性地做出符合标准的安全解决方案。ISO3691-4标准中部分关于AGV的风险描述以及对应需要满足的安全等级主要分為以下几大类：

（1）速度监控。当AGV行驶时一般存在两种运动方式，直线运动（前进或后退）以及拐弯转向的运动，而AGV在行使时也存在着空载以及载货两种状态，根据以上几种状态，安全标准中详细规定了对应不同情况下需要满足的安全等级。

（2）姿态控制。当AGV拐弯时是否能及时检测出对应区域的障碍物并进行报警减速等操作，针对这类情况，解决方案需要达到安全等级PLd。

（3）当发生紧急情况时，需要能及时按下急停按钮，解决方案需要达到PLd。

（4）针对AGV的货物装载动作，例如叉车类AGV货叉的举升高度是否在限位以内，潜伏式AGV载货侧方是否超出AGV自身的限位，以及在装载货物时是否会因机械运动带来额外的风险等，解决方案需达到PLd。

（5）当AGV存在货物超载时，如存在超速行驶的现象，有极大的可能性发生货物倾倒等情况，因此如何确保AGV在超限运行时的安全，此类解决方案需达到PLd。安全标准中的PLr为风险等级，其参考的国际标准为ISO13849，风险等级共分为5级，由轻至重为PLa至PLe，如图1所示。

根据标准、评判风险等级的标准有如下几点：根据受伤害的严重程度，可复原的轻伤为S1，不可逆的重伤为S2;根据与危险区接触的频率判断，每班进入机器两次，且每次不超过15 min，则频率较低为F1，而当每班进入危险区大于两次且每次时间超过15 min，则频率较高为F2;根据一旦危险发生能否躲避危险的可能性判断，能躲避危险则为P1，不能则为P2。由此可见在绝大部分的工控环境中，风险等级都在PLc之上，因此安全解决方案以及所选用的防护产品也需要满足对应的风险等级。

3.1 单舵轮AGV

单舵轮AGV以叉车式AGV为主，通过前方单舵轮控制AGV的行驶速度以及转向角度，叉车式AGV除了独立完成运输任务外，还能通过后方的货叉进行上料下料操作。单舵轮AGV的安全解决方案组成部分如图2所示。

3.1.1 安全激光扫描仪

单舵轮AGV在行驶过程中，安装在AGV前方的扫描仪可检测前方、左侧以及右侧区域。安全激光扫描仪可根据小车当前的状态切换对应的防护区域，当有人员由远至近进入检测区域时，AGV可减速，停机以保证人员的安全。另外，由于叉车式AGV后方有两个货叉，而AGV后方又存在盲区，当货叉取料并下放时，一旦有人员在货叉下方，则存在极大的风险，因此在单舵轮AGV的后方需要同时配置两个安全激光扫描仪检测后方区域，以防止有人员在货叉下降或AGV倒车时受到伤害。

3.1.2 安全驱动监控

单舵轮AGV在舵轮上通过两个安全编码器分别监控小车的行驶速度以及行驶方向，配合速度监控模块可实现多段速度的监控以及安全区域的切换。例如，当AGV直行时进行三段降速，V1段无人员入侵AGV不执行降速，V2段在当前速度下减30%，V3段在当前速度下减70%;当人员离开检测区域后，电机缓慢提升至原速，如此既可以防止人员突然再次闯入区域，亦可在当AGV有载货时，包装货物的安全以及保护电机的性能。当AGV拐弯时，无论是否有载货，拐弯速度不可超过300 mm/s，否则通过编码器实时监控速度，当超速时控制指示灯蜂鸣器给出告警信号。

3.1.3 舵轮零为参考

由于目前市面上安全编码器以增量型编码器为主，而增量型编码器只能监控行驶速度而无法监控转向角度，因此在国际安全标准中需要通过加入安全接近开关给出零位参考信号，当舵轮转向后，回到正向零位时，安全接近开关给出信号则控制器可判断舵轮已回正，由此确保舵轮转向的准确性。在实际应用中，曾有设计方案缺少安全接近开关而无法通过CE认证的案例，由此可见舵轮零位参考在单舵轮AGV的安全方案中是不可缺少的。

3.1.4 急停控制

急停信号皆为双路常闭信号，当断开时切断驱动器电源、抱闸电源，并断开输出，双回路冗余设计，可保证当一路信号出现问题时，另一路亦可保证安全。

3.1.5 安全控制器

AGV安全方案中各个传感器最终进入安全控制器的安全触点，形成一个完整的安全回路。安全控制器在输入以及输出皆为双回路的设计，除了能实时监控输入端的各个传感器状态是否正常运行，亦可监控输出端的停机触点是否有粘连的情况，整体安全回路亦可达到安全等级PLd。

3.2 双舵轮AGV

双舵轮AGV一般以潜伏式，背负式AGV/AGC为主，通过AGV两侧的驱动轮可监控小车目前的行驶方向、速度、状态等。双舵轮AGV安全方案主要有以下几个部分组成，如图3所示。

3.2.1 安全激光扫描仪

在AGV行驶过程中，扫描仪可为AGV提供前方、后方以及侧方防撞以及人员检测的功能，并且根据AGV不同的行驶状态切换不同的保护区域。当有人员进入防护区域时，AGV通过自动调整安全距离会进行降速、停车等操作;而当人员离开防护区域后，小车会逐步恢复其正常行驶速度，并按照预先设定好的路线继续行驶，结合安全驱动模块可实现自动巡航功能，有效提升运输效率。

3.2.2 安全驱动监控

AGV的行驶速度方向等信息一般由AGV控制系统发出指令信号，然而从安全标准出发，单向的信号并不能组成完整的安全回路，因此安全性较低，且没有驱动监控的AGV一旦发生滑车，小车出现原地旋转等问题时无法实时进行监控，且在AGV载有货物时一旦出现飞车的现象，对货物以及周围的人员都会带来较大的伤害。因此需要在AGV的两个差速轮上各安装1个安全编码器，通过对两个车轮的差速监控，可防止AGV因轉弯速度过快而造成飞车的情况，另外通过对比两个差速轮的差速区间，配合安全激光扫描仪可以更柔性地切换防护区域。对于部分需要控制成本的方案，安全接近开关也是一个很好的选择，通过在差速轮的左右两边安装安全接近开关，如图4所示;配合安全控制器，当小车处于前进状态时安全接近开关信号为0，0，而当小车左转时，信号则为1，0。由此可通过闭环控制确定小车的状态。

3.2.3 急停控制

急停在AGV的安全回路中起到了在紧急情况下强制停机的操作，一般急停开关根据车型的不同数量为2～4个不等，大型的AGV数量则更多，其安装标准为需要在任意时刻及位置都能拍下急停按钮，以保证在极端情况下，能以最快的速度使AGV停机。

3.2.4 安全控制器

安全控制器可连接不同的传感器（如安全激光扫描仪、安全接近开关、急停等），集成到一个系统解决方案中，并且其双回路的设计以及带自检的功能除了能实时监控各个传感器是否有故障外，也能确保并可无缝集成至AGV控制系统。

4 结束语

在科技快速发展的同时，人员安全越发重要，随着人们安全意识的提高，以及国家国际安全标准的完善，工业安全在各个行业的重要程度与日俱增，针对不同行业以及设备的安全方案也将为工业安全保驾护航。

参考文献

[1] 孙新.自动导引车[J].军民两用技术与产品，2002（3）：28.