AGV在汽车焊装工艺中的应用

陈雷 刘林

摘 要：详细介绍了AGV在汽车焊装生产中的应用及工艺规划技巧，目前国内汽车焊装对于AGV的应用大多局限在物流输送方面，但随着技术的发展以及AGV在节省工艺面积、增加生产线效率、降低工人劳动强度等方面的优势，未来AGV在汽车焊装生产中的应用必将更加广泛。

关键词：AGV;焊装;应用;工艺规划;柔性化

0 引言

通过全面介绍AGV（自动导引车）在汽车焊装生产中的应用方向及工艺规划技巧，解决AGV受焊装制造业环境、人机交互、信息传递等因素影响导致应用局限的问题，使AGV在汽车焊装领域的应用更加广泛和深入，进而达到提高汽车焊装生产线高柔性，智能化的目的。

1 常见AGV的种类及优缺点

1.1 按导航方式分类

1.1.1 磁导航方式

磁导航是在AGV的行驶路径上埋设磁钉或粘贴磁条，通过磁感应信号实现导航。优点为磁条铺设简单易行，变更路径实施容易;缺点为磁条易受金属机械等硬物损伤，对导航效果与持久性产生影响。

1.1.2 惯性导航方式

惯性导航是在AGV上安装陀螺仪，在行驶路径的地面上安装定位块，AGV可通过计算陀螺仪偏差信号及采集地面定位块信号来确定自身的位置和方向，从而实现导航。优点为定位精度好，缺点是价格较高。

1.1.3 光学导航方式

在AGV行驶路径上涂漆或粘贴色带，通过对摄像机采集的色带图象信号进行处理实现导航。优点为灵活性较好，路线设置简单易行;缺点为色带需要经常维护，导航可靠性较差。

1.1.4 激光导航方式

激光导航方式目前有2种，反光板导航和SLAM导航。反光板导航是在AGV行驶路径的周围安装位置精确的激光反射板，AGV通过发射激光束，同时采集由反射板反射的激光束，来确定其当前的位置和方向，通过几何运算实现导航。SLAM导航是通过激光雷达对场景的观测，实时创建地图并修正AGV的位置来实现导航。激光导航优点是地面无需其他定位设施，行驶路径灵活多变;缺点是制造成本高，对环境要求相对苛刻，尤其对光线要求苛刻，导致其现阶段在汽车焊装工厂中应用较少。

1.2 按移载方式分类

1.2.1 牵引式AGV

AGV作为牵引动力，通过拖挂带轮的容器实现对物料的拉动。适合应用于物流器具的运输。

1.2.2 承载式AGV

AGV通过驮举来移载物料，可升降被运物料。适合应用于有定位要求，运输平稳的场合，也可作为柔性装配线、加工线使用。常用于车身、车架、大型冲焊件等物体搬运。

2 AGV在焊装工艺中的应用

AGV替代人工搬运，实现自动化物流AGV目前已经在焊装车间物流输送方面大量应用，代替传统人工转运物料及电瓶车、叉车、皮带机、Buffer等传输车辆和设备。

AGV的应用改变了物流运输模式，不仅实现了省人化，而且减少了人为错误导致的物料供给问题;AGV代替电瓶车、叉车等作业车辆，大大降低了人机交互所带来的安全隐患;AGV的灵活性解决了传统传输工具空间占用面积大和改造困难的难题。

物流运输多采用牵引式AGV，其体积小、价格低，与带有脚轮的料车配合使用，把料车运送到指定位置。AGV料车可做成一体式结构，也可做成分体式结构（料车托盘+器具），具體结构可根据生产物流的配货方式而定。

2.1 AGV与机器人对接的精度保障方案

AGV料车到位后若由人工下件，AGV自身精度即可满足;若是由机器人从料车上自动抓取工件，机器人对工件的位置精度要求很高，AGV自身精度无法满足。为实现机器人自动取料，一般有3种解决方案。

对AGV料车X、Y、Z3个方向进行精定位，提高AGV料车到位精度。

（1）料口形式，水平滚珠使料车轻微脱离地面，起到Z向定位作用;侧向滚轮与侧顶气缸使AGV能按准确位置进入料口并使 X 向定位准确;到位后，料口里侧的夹紧气缸把料车夹紧，在定位Y向的同时固定料车。这样X、Y、Z3个方向都进行了精准定位。

（2）抓件机器人与视觉引导设备配合使用，给机器人装上“眼睛”。抓件视觉引导可以实现±70 mm以内的偏差定位，AGV位置精度一般在±10 mm以内，所以如果使用抓件视觉引导，AGV料口只需做料车的粗定位和固定装置。

（3）使用一些特殊机构，在AGV行驶至特定位置后，靠机构把料车器具拖入线体进行精定位，该类形式在焊装中使用较少。

2.2 AGV在调整线的应用

传统焊装调整线多采用固定滚床输送方式，每次增加车型或位置改造的工作量都非常大，甚至需要拆除重建，为不影响在制车型的生产，改造时间通常很短，改造难度大。

AGV代替固定滚床在调整线的应用，设计多车型通用托盘或直接切换托盘，满足生产线高柔性化的要求;因为AGV小车位置本就是不固定的，可以任意更换场地生产，打破了线体对空间的固定化需求模式。

该工艺需要采用承载式AGV驮举白车身，其托盘需按设置的环形路线行驶。AGV从A点提升机处接到白车身，经过1～19工位，到达B点后与提升机对接，提升机把白车身运输到机械化上，AGV驮举空托盘沿环路到达A点后等待接下一个白车身，完成一个工作循环。

白车身的托盘与传统车型滑橇设计类似，只需增加与AGV的连接结构。调整线使用AGV小车代替传统输送设备，另一优势为可以避免由于设备故障导致线体停线。当某台AGV出现故障，可以使用吊具或电动拖车，把AGV移出线体进行维修，线体可正常生产，而传统调整线需等待设备维修好后才可继续生产。

2.3 AGV切换夹具，实现生产自适应

传统汽车焊装生产线为线式生产结构，该生产模式基于同平台车型，当不同平台车型混流时，就会导致工艺设备使用不均衡。例如一些高档车应用激光钎焊、激光飞行焊等先进焊接工艺，而A级车更多采用电阻点焊或CMT等焊接工艺。如果将这些不同平台车型混线生产，将出现生产时总有部分设备是不需要工作的情况，导致设备利用率降低。另外传统生产线车型混流，基本分为工装夹具自身混流和应用转台、转毂、滑台等设备进行工装夹具切换2种形式，但这些方案都受限于设备性能和工艺面积。目前随着汽车产业的发展，生产线需要更多车型混流的能力。如何利用有限的空间，合理规划，实现焊接工艺成为关键。AGV的应用给生产线更多车型混流功能的实现带来了可能性。为适应更多车型的混流需求，增加生产线的灵活性与经济性，先将传统生产线按功能进行模块划分，建立不同功能的工作站，比如门盖焊接岛、滚边岛、地板焊接岛、主线焊接岛、激光焊接岛等，然后使用AGV代替滚床、滑橇等输送设备，更加灵活的把工件运送到相应工作站里进行工艺的实现。根据不同车型的工艺需求，进入相应的工作站，其它不涉及的工作站進行关闭或同时进行其它车型的生产，不仅节约了生产时间，提升了设备的利用率，更降低了单车生产的成本投入。

使用AGV还可以进行夹具、抓具等工装的切换，生产之前把工装夹具用AGV运输到线体内，这样理论上可以在工作站内实现任意多车型混流，而且这些不同车型的工装可以在线外建立立体库进行存储，大幅降低了生产面积需求。

这种岛式生产结构除可以实现车型高柔性混流生产，还可以根据生产纲领选择增开或关闭工作站实现改变产能的需求，同样可以通过复制工作站来提升产能，降低了改造的难度和风险;但AGV的大量使用导致物流规划难度大，物料按时供给需要科学规划和信息化管理。目前该生产模式能够实现小批量生产，使用该方式设计高节拍生产线还有很多难题需要攻克。

2.4 AGV切换工装夹具精度保障方案

AGV切换工装夹具时，因汽车焊装线的高精度要求，而AGV的自身精度无法达到工艺需求，所以需要辅助机构来保证夹具的到位精度，一般解决方案有以下2种。

2.4.1 在工位两侧设计举升机

AGV承载夹具到达工位后，通过举升机上升将其定位销导入夹具BASE上对应的定位孔内，托起夹具直至脱离AGV小车，通过举升机定位销和定位面保证工装夹具X、Y、Z3方向的定位准确。该方案要求定位销强度好，导向长，可以矫正由AGV精度导致的位置偏差。但同时定位销会因此磨损比较严重，需要经常维护和更换，并且定位销的磨损，会导致定位精度降低，所以此方案使用较少。

2.4.2 使用承载式带升降AGV

夹具BASE底部设计定位销，料口设计浮动装置。

AGV高位驮举夹具到准确位置，然后进行下降，夹具BASE底部定位销进入浮动装置，对X/Y方向矫正并定位，AGV继续下降直到Z面贴合，使夹具X、Y、Z3方向定位准确，夹紧装置对夹具进行固定。上述2种方式对AGV的精度要求很高，国内目前AGV精度很难满足使用要求，多采用国外AGV。

3 结语

自动导引车（Automated Guided Vehicle，AGV）是装备有电磁或光学等自动引导装置，由计算机控制，以轮式移动为特征，自带动力或动力转换装置，并且能够沿规定的引导路径自动行驶的运输工具，一般具有安全防护、移载等多种功能。随着科学技术的不断进步、人力成本的不断增加，自动化、省人化成为汽车制造过程中必须考虑的2个指标。在该形势下，AGV充分发挥其高机动、低成本的优势，已成功在国内众多知名汽车企业投入使用，例如红旗新总装车间已实现全AGV的自动化物流，可以看出，AGV搬运替代人工搬运是未来发展的必然趋势。生活水平的日益提高使人们对汽车的需求也发生改变，越来越多的个性化需求正促使着汽车制造方式发生改变，高柔性、高智能的先进生产线应运而生。AGV代替传统固定式输送线使生产更灵活，打破了传统生产线平台化的限制，可以实现不同平台、更多车型的混流生产;同时打破了生产流程的界线，可以根据不同工艺制定相应的生产流程、生产路径，从而更合理地利用生产资源。

参考文献：

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