王天澤，袁尚青，陳德雯

（南京理工大學(xué)紫金學(xué)院，江蘇南京，210046）

1 AGV特點(diǎn)

AGV采用STM32單片機(jī)作為控制核心，利用ZigBee進(jìn)行路徑追蹤、躲避障礙、調(diào)轉(zhuǎn)方向、自動(dòng)變軌等功能信號(hào)檢測(cè)。

有如下特點(diǎn)：（1）采用ZigBee技術(shù)引導(dǎo)，生產(chǎn)工序改變時(shí)，無(wú)需重新鋪設(shè)鐵軌，只要修改軟件設(shè)定就可以改變運(yùn)輸車(chē)的運(yùn)行軌跡。此方法簡(jiǎn)單，導(dǎo)向可靠，變軌成本近乎于無(wú)。（2）利用STM32設(shè)計(jì)的 AGV 智能車(chē)控制系統(tǒng)，整體運(yùn)行速度快、操作便利、實(shí)時(shí)性好，適用于各種生產(chǎn)環(huán)境。（3）能夠無(wú)線充電，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡航、自主歸位充電的自動(dòng)化功能，極大地減少了人工的操作。（4）本車(chē)連接車(chē)輪處使用采用軸承，避免了智能車(chē)長(zhǎng)時(shí)間由于自身壓力原因而導(dǎo)致變形，這樣傳動(dòng)效能可以更加穩(wěn)定，增加智能車(chē)的使用壽命。（5）樣機(jī)容易控制，操控方便，行駛穩(wěn)定，可靠性強(qiáng)，能在大多數(shù)的工業(yè)環(huán)境下完成運(yùn)輸物料的任務(wù)，受各因素影響的程度小，控制便捷。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 系統(tǒng)組成

本設(shè)計(jì)為基于ZigBee定位無(wú)線充電的AGV智能車(chē)。AGV智能車(chē)通過(guò)ZigBee定位建立空間坐標(biāo)系，由主控串口發(fā)送指令，AGV在空間坐標(biāo)系中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡航。當(dāng)AGV電量不足時(shí)，智能車(chē)自動(dòng)到達(dá)指定充電地點(diǎn)。從而實(shí)現(xiàn)AGV智能車(chē)的高度自動(dòng)化工作。大幅提升AGV在各種應(yīng)用場(chǎng)景的生產(chǎn)力。

系統(tǒng)以STM32為主控芯片,由ZigBee定位系統(tǒng)，無(wú)線充電系統(tǒng)組成。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

系統(tǒng)以STM32為核心控制模塊。由H橋驅(qū)動(dòng)電路PWM控制實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，由CC2530通過(guò)IIC和主控機(jī)的通訊實(shí)現(xiàn)定位坐標(biāo)系的建立。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

2.2 方案優(yōu)勢(shì)

2.2.1 主控芯片

采用STM32單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心控制器，控制行駛中的AGV，以達(dá)成期待的性能指標(biāo)。單片機(jī)控制便捷、容易、可快速上手，且價(jià)格低廉并有很好的控制和可位尋址操作功能等優(yōu)點(diǎn)。而使用PLC進(jìn)行控制，雖然抗干擾能力較強(qiáng),但尺寸大且成本相對(duì)較高。因此,選用STM32單片機(jī)作為主控芯片。

2.2.2 定位單元

本車(chē)采用ZigBee技術(shù)進(jìn)行定位,下面比較幾種常見(jiàn)的方案。

方案一：磁軌導(dǎo)航，先在規(guī)劃路線的地面上貼上磁帶，智能車(chē)就能根據(jù)磁帶按照想要的路徑進(jìn)行移動(dòng)。磁帶上方會(huì)有磁場(chǎng)產(chǎn)生，智能車(chē)底部?jī)啥朔謩e放置電磁傳感器，這樣在磁帶的周?chē)?，就能通過(guò)電磁感應(yīng)原理感應(yīng)到磁場(chǎng)，最后控制器就可以控制智能車(chē)在規(guī)劃的路徑上運(yùn)行，當(dāng)它產(chǎn)生偏移或者要轉(zhuǎn)向、變道時(shí)，兩個(gè)磁感應(yīng)器收到的磁場(chǎng)信號(hào)也會(huì)不同，系統(tǒng)則會(huì)通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)糾正行駛方向。它的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、性能可靠、成本不高，缺點(diǎn)就是只能按照磁帶所指示的行駛，而且磁帶遭受外力容易受損，視覺(jué)觀感也不好。

方案二：光傳感器，一般常見(jiàn)的方案是采用可見(jiàn)光源+光敏電阻或者紅外線發(fā)射接受管，其中前者方案簡(jiǎn)單但易受到外界光源的干擾。主要是因?yàn)楣獾姆瓷涑潭?，軌道的平坦度、材料的反射情況等物理因素都會(huì)影響探測(cè)能力。后者由于采用紅外光，因此受可見(jiàn)光影響較小，但也同樣需要在地上貼膠帶來(lái)實(shí)現(xiàn)循跡。

方案三：使用ZigBee技術(shù)進(jìn)行定位，采用ZigBee的定位主要是使用接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)實(shí)現(xiàn)。智能車(chē)周邊放置數(shù)個(gè)信號(hào)源，發(fā)射信號(hào)，信號(hào)源與智能車(chē)彼此間在網(wǎng)絡(luò)模塊的連接范圍內(nèi)，可以相互自動(dòng)尋找，快速地形成一個(gè)相互聯(lián)動(dòng)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)。而且，由于AGV坐標(biāo)的變化，彼此間的狀態(tài)參數(shù)還會(huì)產(chǎn)生改變。因而，AGV還可以通過(guò)重新連接通信的信號(hào)源，確定相互之間的連接，重新刷新原有網(wǎng)絡(luò)。優(yōu)點(diǎn)是不需要在地上貼磁軌或者膠帶，可以實(shí)現(xiàn)零成本變軌，缺點(diǎn)在于精度略低。

2.2.3 驅(qū)動(dòng)模塊

驅(qū)動(dòng)模塊部分,我們選用普通的直流電機(jī)。直流電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，有著十分可靠的精度。直流電機(jī)調(diào)速性能好，調(diào)速范圍寬。直流電動(dòng)機(jī)在帶有重負(fù)載時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)均勻、平穩(wěn)的無(wú)級(jí)調(diào)速，而且起動(dòng)力矩大，調(diào)速范圍較寬。而步進(jìn)電機(jī)則是能夠定位十分精確并能很好地控制方向。若使用步進(jìn)電機(jī)作為控制用的特種電機(jī)，可以很好地對(duì)角度和距離控制。步進(jìn)電機(jī)的不存在累積誤差而只有周期性誤差的特征，使其對(duì)于位置、轉(zhuǎn)速等方面的控制用步進(jìn)電機(jī)更好。但是其缺點(diǎn)是相對(duì)占用空間較大，轉(zhuǎn)速緩慢，易失步，而且成本較高，操控復(fù)雜。直流電機(jī)的精度雖不比步進(jìn)電機(jī)好，但其實(shí)也可以滿足控制要求。使用直流電機(jī)作為電動(dòng)車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，不僅成本低，而且可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，使智能車(chē)運(yùn)行平穩(wěn)。

2.2.4 無(wú)線充電部分

使用全橋串聯(lián)諧振，即使沒(méi)有達(dá)到諧振頻率時(shí)，也能進(jìn)行能量傳遞；并且可以通過(guò)更改諧振頻率來(lái)控制功率的大小。而E類(lèi)放大電路，對(duì)于電路特性要求比較高，同時(shí)要求工作在諧振狀態(tài)，串聯(lián)諧振特性受到負(fù)載的影響變化特別明顯。因此我們采用全橋串聯(lián)諧振方案。

2.3 軟件設(shè)計(jì)框圖

系統(tǒng)的軟件代碼的整體框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)代碼框圖

圖3 實(shí)物照片

圖4 實(shí)物照片

3 結(jié)論

本車(chē)由STM32為主控芯片，由ZigBee定位系統(tǒng)，無(wú)線充電系統(tǒng)組成，經(jīng)過(guò)測(cè)試，能實(shí)現(xiàn)大致按照想要的效果移動(dòng)以及無(wú)線充電，最終的實(shí)物如圖3、圖4所示。本文以ZigBee定位和無(wú)線充電技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)AGV 智能車(chē)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的論述。并結(jié)合機(jī)械部分的設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)了一臺(tái)完整的三輪自動(dòng)引導(dǎo)、充電智能車(chē)，在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用表現(xiàn)良好，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。采用單片機(jī)設(shè)計(jì)的循跡智能車(chē)控制系統(tǒng)，可以在智能車(chē)運(yùn)行過(guò)程中調(diào)整運(yùn)行速度，操作便利。試運(yùn)行下來(lái)，該系統(tǒng)可控性好，性?xún)r(jià)比高，另外預(yù)留擴(kuò)展接口，便于擴(kuò)展以后如的GPS 導(dǎo)航等功能，實(shí)際使用價(jià)值較高。此外，若進(jìn)行多臺(tái)AGV的組網(wǎng)運(yùn)行，定位應(yīng)該會(huì)更為準(zhǔn)確。