李麗,馮高峰

（濟源職業(yè)技術學院,河南濟源459000）

AGV激光導引系統(tǒng)設計

李麗,馮高峰

（濟源職業(yè)技術學院,河南濟源459000）

AGV作為當今物流領域的關鍵設備,必將取代傳統(tǒng)的人工勞動.設計了AGV激光導系統(tǒng),系統(tǒng)定位精確,能按工作計劃進行作業(yè),有效提高了生產(chǎn)使用效率.

AGV；激光導引；自動導引

AGV是一種高度智能化、自動化的機器人,發(fā)展至今,技術已日臻成熟.目前國內(nèi)外的AGV導引技術有電磁感應導引、激光導引、視覺導引、慣性導引、超聲波導引和磁釘—陀螺導引等.電磁導引是最早應用于AGV的導引技術,是現(xiàn)在大多數(shù)AGV仍然沿用的非常成熟的技術.激光導引是近些年興起的技術,隨著激光技術的發(fā)展,這種導引技術也越來越凸顯其在導引控制方面的優(yōu)勢.可以預見,未來幾年,激光導引技術必將成為AGV導引控制技術的主流技術[1-2].

本文設計的激光導引系統(tǒng),在行進的過程中不會發(fā)生小車脫離正確預設路線的工況,能夠在一定程度上規(guī)避AGV小車自身發(fā)生故障的幾率,使AGV能夠更好的服務于生產(chǎn).

1 激光導引技術

激光導引技術是AGV發(fā)展至今最重要的一項技術,它主要包括兩部分：AGV激光掃描器和AGV反射板.如圖1所示,在AGV的頂部裝有一個按固定頻率旋轉的激光掃描器.在導引區(qū)域的四周,按要求固定安裝了反射板,當AGV運行時,激光掃描器在連續(xù)旋轉的同時,不斷地向四周發(fā)射激光束,并接受由反射板反射回來的光束.根據(jù)反射光束的方位可測得光束夾角θ1、θ2,再由PLC經(jīng)過幾何運算就能確定AGV當前的位置,而其他夾角,如θ3等,則用于驗證AGV的位置及航向.在AGV運行過程中,激光掃描器連續(xù)掃描,PLC連續(xù)運算,就能實現(xiàn)連續(xù)的AGV導引.

AGV運行是電驅動電動機和轉向電動機共同完成的,在驅動電動機和轉向電動機上都裝備了旋轉編碼器,作為運行速度及轉向角度的反饋信號.在PLC收到上位控制命令后（包括要去的目標點及操作任務）,能夠選擇最近的路徑,并經(jīng)伺服放大器發(fā)出控制信號,電動機接信號后驅動AGV向目標點運行.在運行過程中,PLC不斷將理論位置與實際位置進行比較并將此轉換成小車的速度和轉向命令值,隨時修正AGV在運行過程中的偏差[3-4].

圖1 AGV激光掃描器安裝位置

2 激光導引系統(tǒng)設計

2.1 硬件組成

激光導引系統(tǒng)利用激光器、掃描旋轉裝置、光電信號采集裝置、車載計算機和已知位置上的發(fā)射板,經(jīng)車體方位計算及系統(tǒng)實時測量和計算小車的位置和方向.這套系統(tǒng)利用光學原理及幾何運算,能夠較精確地對AGV進行定位.小車激光導引系統(tǒng)的結構如圖2所示.

計數(shù)器箱由二進制計數(shù)器和先進先出（FIFO）存儲器組成.在每1轉中,計數(shù)器由參考信號復位并根據(jù)旋轉編碼器提供的角度信號計算角度.當光電探測器檢測到反射信號時,計數(shù)器產(chǎn)生1個中斷信號,FIFO存儲器保存角度信號并且不會干擾計數(shù)器的工作.

計算機單元由CPU、存儲器、I／0接口、無線通信系統(tǒng)、輸入設備和其他輔助設備組成.初始化數(shù)據(jù)通過輸入設備存入存儲器,每當完成1次360°掃描后,硬件產(chǎn)生1個中斷信號,CPU發(fā)1個“讀”信號從計數(shù)器箱存儲器中獲得角度數(shù)據(jù).當獲得3個或以上角度數(shù)據(jù)時,CPU就可計算出小車的位置和方向,然后將計算結果與目標坐標進行比較,或者根據(jù)需要,通過無線電通信方式傳給地面控制系統(tǒng).地面控制系統(tǒng)也可通過同一通信線路對車體方位計算子系統(tǒng)進行操作,如初始化、重置車體方位以消除累積誤差等.

2.2 自動導引的控制實現(xiàn)

AGV方向控制是接受引導系統(tǒng)的方向信息通過轉向裝置來實現(xiàn)的.轉向裝置的結構通常設計成兩種形式：鉸軸轉向式和差速轉向式.前者的方向輪裝在轉向鉸軸上,轉向電機通過減速器和機械連桿機構控制鉸軸從而控制方向輪的取向；后者在左、右兩輪上分別裝上獨立的驅動電機,通過控制左、右輪的速度比來實現(xiàn)車體的轉向[5].如圖3所示,在L、R兩輪上分別裝上獨立的驅動電機,C、D兩輪在旋轉和取向上都是自由的,它的穩(wěn)定性較好,承載能力較大.vL、vR分別表示兩驅動輪的速度,圖示時刻小車中心線與目標路徑偏差為e,小車前進方向與目標路徑之間的夾角為θ,運動控制系統(tǒng)只要通過控制電機,使L、R兩輪產(chǎn)生一定的速度比,就可以差速轉向實現(xiàn)路徑跟蹤.

通過對驅動車輪的電機轉動角度的周期性采樣可以獲得車輪前進或后退的距離.增量式光碼盤連接在左、右驅動電機軸上,隨著電機的轉動,光電編碼器發(fā)出A、B兩項脈沖,相位的超前或滯后關系代表了電機的正轉或反轉.鑒相電路與脈沖計算電路相結合,可判斷出左、右電機正轉和反轉的角位移變化情況.在理想情況下,電機軸的角位移與AGV左右驅動輪行走的距離存在比例關系.將上述光碼盤發(fā)出的脈沖進行濾波,鑒相與計數(shù)處理后所得信息由路徑軌跡推算導向法（dead—reckoning）可實現(xiàn)對AGV行駛路徑的估計.

激光導引AGV的位置計算是利用小車當前運行的速度、轉向的角度、間隔時間等參數(shù)對下一位置進行估算,計算出的是相對于前一位置的新位置.根據(jù)估算的新位置關聯(lián)反射鏡,根據(jù)關聯(lián)的反射鏡修正自身位置,車載控制計算機將當前方位與目標點方位進行比較,據(jù)此比較的結果給左、右電機發(fā)送驅動控制信號,從而實現(xiàn)激光導引AGV的自動引導.

圖2 小車激光導引系統(tǒng)結構

圖3 差速轉向裝置

3 小結

AGV小車的導引技術有多種,激光導引的原理清晰簡單,可靠性強,操作起來也比較容易,非常適合各個領域的應用需求,未來將成為AGV導引的主流技術.

[1]黃霞.嵌入式自動導引小車（AGV）系統(tǒng)研究與設計[D].南京：南京理工大學,2009.

[2]沈穎.激光導引AGV車載控制系統(tǒng)研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學,2007.

[3]馮峰.AGV自動導引小車控制系統(tǒng)研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇科技大學,2008.

[4]盧冬華.計算機控制自動導向小車（AGV）的設計與實現(xiàn)[D].上海：上海交通大學,2006.

[5]樊躍進,王勇,丁興.AGV自動充電系統(tǒng)設計[J].機械工業(yè)自動化,1999,21（2）：25-26.

（責任編輯：盧奇）

TN249

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1008-7516（2013）04-0077-02

10.3969/j.issn.1008-7516.2013.04.018

2013-05-29

李麗（1981-）,女,河南濟源人,碩士,助教.主要從事計算機控制與嵌入式系統(tǒng)研究.