基于單頻電磁制導(dǎo)方式的AGV小車(chē)

自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)(AGV)是采用自動(dòng)或人工方式裝載貨物，按設(shè)定的路線自動(dòng)行駛或牽引著載貨臺(tái)車(chē)至指定地點(diǎn)，再用自動(dòng)或人工方式裝卸貨物的工業(yè)車(chē)輛。

AGV的研究與開(kāi)發(fā)集人工智能、信息處理、圖像處理為一體，涉及計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、信息通信、機(jī)械設(shè)計(jì)和電子技術(shù)等多個(gè)學(xué)科，成為物流自動(dòng)化研究的熱點(diǎn)之一。目前，AGV仍有多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)有待提高和突破，以進(jìn)一步提高AGV的性能，降低制造成本和減少使用費(fèi)用。本文介紹的AGV主要解決導(dǎo)向及定位問(wèn)題。

綜合成本和系統(tǒng)穩(wěn)定性能考慮，本設(shè)計(jì)采用電磁單頻導(dǎo)向技術(shù)結(jié)合非接觸式ID卡識(shí)別定位。電磁引導(dǎo)介質(zhì)采用柔性較好的漆包線，可不用專(zhuān)門(mén)開(kāi)敷線槽，在試用階段可隨機(jī)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置線路走向(可用膠帶固定引導(dǎo)線)。非接觸式ID卡識(shí)別定位，采用PS/2接口及其傳輸協(xié)議(市面上有很多成熟產(chǎn)品)，在小車(chē)上安裝一個(gè)ID讀卡器，該讀卡器的有效距離可達(dá)15 cm，在各個(gè)站安裝一張ID卡，小車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)讀卡器在MCU的控制下讀出ID卡信息，即可實(shí)現(xiàn)定位。

采用單頻電磁制導(dǎo)方式及非接觸式ID卡讀卡定位方式的優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，易于維護(hù)；制造成本比較低；安裝簡(jiǎn)單，引導(dǎo)線理論上可以只用一根完整的線。

1 基本原理

電磁探測(cè)方法如圖1所示。1、2、3都是電磁探測(cè)頭，其中1、2是導(dǎo)向探頭，3是計(jì)數(shù)探頭，用來(lái)記錄小車(chē)的位置。A、B為兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，小車(chē)方向的改變由兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的配合完成。前導(dǎo)向輪是沒(méi)有動(dòng)力的。

小車(chē)的驅(qū)動(dòng)方式：如圖1所示，小車(chē)的動(dòng)力輪是后面的A、B兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，其轉(zhuǎn)向也是由這兩個(gè)動(dòng)力輪協(xié)調(diào)工作完成。尋線走時(shí)，當(dāng)1號(hào)和2號(hào)兩個(gè)探頭都有信號(hào)時(shí)，小車(chē)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪都動(dòng)，即為直走；當(dāng)1號(hào)探頭有信號(hào)而2號(hào)沒(méi)有信號(hào)時(shí)，說(shuō)明小車(chē)偏離了軌道，此時(shí)是A輪不動(dòng)，B輪動(dòng)，直到1、2兩個(gè)探頭都有信號(hào)為止；當(dāng)1號(hào)沒(méi)有信號(hào)而2號(hào)有信號(hào)時(shí)，A輪動(dòng)，B輪不動(dòng)，直到1、2兩個(gè)探頭都有信號(hào)為止；當(dāng)兩個(gè)探頭都沒(méi)有信號(hào)時(shí)，小車(chē)停止行走，停在原地。探頭信號(hào)有無(wú)與驅(qū)動(dòng)輪停與走的關(guān)系如表1所示。

3號(hào)探頭用于定位計(jì)數(shù)，每到一個(gè)站點(diǎn)就通過(guò)ID卡進(jìn)行識(shí)別計(jì)數(shù)定位(即每測(cè)到一次信號(hào)就計(jì)一次數(shù))，直到所計(jì)的數(shù)與MCU中計(jì)算的值相等，說(shuō)明小車(chē)到達(dá)了既定位置。3號(hào)探頭的關(guān)鍵就是計(jì)數(shù)要準(zhǔn)確，不能誤計(jì)，否則就會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)不能使用(小車(chē)只能一直沿著信號(hào)線走，不能定位)。

2 硬件設(shè)計(jì)

AGV小車(chē)硬件設(shè)計(jì)部分由信號(hào)發(fā)生器、制導(dǎo)線路、電磁信號(hào)檢測(cè)、小車(chē)控制核心(MCU)、讀卡器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)組成，基本的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。


2.1 制導(dǎo)線路

制導(dǎo)線路的設(shè)置是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，如果線路沒(méi)有設(shè)置好，后續(xù)的所有工作將不能完成。制導(dǎo)線路如圖3所示，其中虛線部分是屏蔽部分。由于電磁場(chǎng)是矢量，當(dāng)電流方向大小相同且是平行的兩條線時(shí)，周?chē)碾姶哦紩?huì)相互抵消，故需要將虛線部分屏蔽。該布線的關(guān)鍵就是要將虛線部分的屏蔽工作做好，只有這樣，小車(chē)才能很好地完成尋線工作。


2.2 信號(hào)發(fā)生器

為了產(chǎn)生電磁信號(hào)，由信號(hào)發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生交變的電信號(hào)。為了產(chǎn)生足夠強(qiáng)的磁場(chǎng)，該信號(hào)發(fā)生器的輸入輸出電流不能太小，在使用專(zhuān)業(yè)的信號(hào)發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生交變信號(hào)時(shí)，要將其設(shè)置成功率輸出模式，輸出電壓約為3 V。

市面上的專(zhuān)用信號(hào)發(fā)生器的價(jià)格都比較貴，且其功能很多，而本設(shè)計(jì)因不能發(fā)揮其所有的性能，不需要那么多的功能，所以自制了一個(gè)簡(jiǎn)單的信號(hào)發(fā)生器，只能產(chǎn)生頻率可調(diào)的且占空比不定的方波，其信號(hào)產(chǎn)生的基本流程如圖4所示。

振蕩信號(hào)由如圖5所示的555產(chǎn)生。555頻率可調(diào)但是占空比不可調(diào)節(jié)(會(huì)隨頻率變化而變化)，查閱相關(guān)手冊(cè)可知，555工作電壓為5 V時(shí)輸出的電流為100 mA。為了得到很好的尋線效果，實(shí)際的電流要大于200 mA，故需要進(jìn)行功率放大，其基本電原理圖如圖5所示。由555及其外圍電路組成的多諧振蕩器，其產(chǎn)生方波信號(hào)頻率為：
f=1/0.7×(R1+2×R2)×C0
R2是可變電阻，由該公式可以計(jì)算出信號(hào)發(fā)生器的頻率范圍是1.3 kHz~14.3 kHz。