基于單頻電磁制導方式的AGV小車(chē)

自動(dòng)導向車(chē)(AGV)是采用自動(dòng)或人工方式裝載貨物，按設定的路線(xiàn)自動(dòng)行駛或牽引著(zhù)載貨臺車(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，涉及計算機、自動(dòng)控制、信息通信、機械設計和電子技術(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用。本文介紹的AGV主要解決導向及定位問(wèn)題。

綜合成本和系統穩定性能考慮，本設計采用電磁單頻導向技術(shù)結合非接觸式ID卡識別定位。電磁引導介質(zhì)采用柔性較好的漆包線(xiàn)，可不用專(zhuān)門(mén)開(kāi)敷線(xiàn)槽，在試用階段可隨機根據實(shí)際情況設置線(xiàn)路走向(可用膠帶固定引導線(xiàn))。非接觸式ID卡識別定位，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)現定位。

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

1 基本原理

電磁探測方法如圖1所示。1、2、3都是電磁探測頭，其中1、2是導向探頭，3是計數探頭，用來(lái)記錄小車(chē)的位置。A、B為兩個(gè)驅動(dòng)輪，小車(chē)方向的改變由兩個(gè)驅動(dòng)輪的配合完成。前導向輪是沒(méi)有動(dòng)力的。

小車(chē)的驅動(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)驅動(dòng)輪，其轉向也是由這兩個(gè)動(dòng)力輪協(xié)調工作完成。尋線(xiàn)走時(shí)，當1號和2號兩個(gè)探頭都有信號時(shí)，小車(chē)的兩個(gè)驅動(dòng)輪都動(dòng)，即為直走；當1號探頭有信號而2號沒(méi)有信號時(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)探頭都有信號為止；當1號沒(méi)有信號而2號有信號時(shí)，A輪動(dòng)，B輪不動(dòng)，直到1、2兩個(gè)探頭都有信號為止；當兩個(gè)探頭都沒(méi)有信號時(shí)，小車(chē)停止行走，停在原地。探頭信號有無(wú)與驅動(dòng)輪停與走的關(guān)系如表1所示。

3號探頭用于定位計數，每到一個(gè)站點(diǎn)就通過(guò)ID卡進(jìn)行識別計數定位(即每測到一次信號就計一次數)，直到所計的數與MCU中計算的值相等，說(shuō)明小車(chē)到達了既定位置。3號探頭的關(guān)鍵就是計數要準確，不能誤計，否則就會(huì )使整個(gè)系統不能使用(小車(chē)只能一直沿著(zhù)信號線(xiàn)走，不能定位)。

2 硬件設計

AGV小車(chē)硬件設計部分由信號發(fā)生器、制導線(xiàn)路、電磁信號檢測、小車(chē)控制核心(MCU)、讀卡器、電機驅動(dòng)組成，基本的硬件結構圖如圖2所示。


2.1 制導線(xiàn)路

制導線(xiàn)路的設置是本設計的關(guān)鍵部分，如果線(xiàn)路沒(méi)有設置好，后續的所有工作將不能完成。制導線(xiàn)路如圖3所示，其中虛線(xiàn)部分是屏蔽部分。由于電磁場(chǎng)是矢量，當電流方向大小相同且是平行的兩條線(xiàn)時(shí)，周?chē)碾姶哦紩?huì )相互抵消，故需要將虛線(xiàn)部分屏蔽。該布線(xiàn)的關(guān)鍵就是要將虛線(xiàn)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(xiàn)工作。


2.2 信號發(fā)生器

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

市面上的專(zhuān)用信號發(fā)生器的價(jià)格都比較貴，且其功能很多，而本設計因不能發(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)單的信號發(fā)生器，只能產(chǎn)生頻率可調的且占空比不定的方波，其信號產(chǎn)生的基本流程如圖4所示。

振蕩信號由如圖5所示的555產(chǎn)生。555頻率可調但是占空比不可調節(會(huì )隨頻率變化而變化)，查閱相關(guān)手冊可知，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(xiàn)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)生方波信號頻率為：
f=1/0.7×(R1+2×R2)×C0
R2是可變電阻，由該公式可以計算出信號發(fā)生器的頻率范圍是1.3 kHz~14.3 kHz。