AGV磁导航设计方案

AGV搬运机器人设计方案AGV即自动导向小车（AutomatedGuidedVehicle）被作为搬运机器人广泛使用，应用于自动化仓储系统、柔性搬运系统和柔性装配系统等物流系统。AGV是以蓄电池作为电源，用某种导航方式控制其运行路线的自动化智能搬运设备。AGV具有良好的柔性和较高的可靠性，可以减少工厂对劳动力的需求，提高产品设备在运送中的安全性且安装轻易，维护以便。在AGV的应用环境中，往往由多台AGV构成自动导向小车系统，该系统是由AGV、导引系统、管理系统、通信系统、停靠工位以及充电工位等构成的自动化AGVs系统。AGVs的上位机管理系统通过通信系统与系统内的AGV通信，优化AGV的作业过程、控制AGV的运行路线、制定AGV的搬运计划和监控AGV的运行状态。AGVs易于和其他自动化系统集成，轻易扩展。1、AGV导引方式1）视觉导航视觉导引是在AGV的运行途径上设置导向标线，通过装在AGV上的摄像机系统动态地获取导向标线图像，计算AGV相对于标线的距离和角度偏差，从而控制AGV沿着标线运行的导引方式。该种导引方式精度较高，途径变更轻易，但对地面洁净度有一定规定，同步成本相对较高。2）磁导航磁导航被认为是一项非常有应用前景的技术，重要通过测量途径上的磁场信号来获取车辆自身相对于目的跟踪途径之间的位置偏差，从而实现车辆的控制及导航。磁导航具有很高的测量精度及良好的反复性，磁导航不易受光线变化等的影响，在运行过程中，磁传感系统具有很高的可靠性和鲁棒性。磁条一旦铺设好后，维护费用非常低，使用寿命长，且增设、变更途径较轻易。2、AGV构成单元磁导航AGV系统的技术构成如图1所示。重要包括导向单元、驱动单元、车体、移载单元、供电单元、安全辅助单元，站点识别单元，通讯单元和主控单元。其中导向单元、驱动单元和主控单元是AGV技术的关键技术。图1磁导航AGV系统技术构成图1）导向单元导向单元采用磁导航传感器，安装在AGV车体前方的底部，磁导航传感器运用其内置的6个采样点，可以检测出磁条上方一定程度的微弱磁场，每一种采样点均有一路信号对应输出，当采样点采集到磁场信号时，该路信号就会输出低电平，而没有采集到磁场信号的信号输出则为高电平。AGV运行时，磁导航传感器内部垂直于磁条上方的持续1~3个采样点会输出信号，依托输出的这几路信号，可以判断磁条相对于磁导航传感器的偏离位置，当AGV的行驶与导引轨迹一致时，由于此时磁导航传感器恰好处在磁条轨迹的上方，传感器正中间的检测元件测得的磁感应强度最大，因而中间的霍尔开关传感器输出低电平信号，控制器I/O口采集到这几路信号，比较发现目前AGV处在途径中间，控制器将不对该输出信号进行处理，AGV保持原行驶轨迹；当AGV偏离磁条轨迹时，由于检测到最大磁感应强度的霍尔开关传感器不再处在磁导航传感器的中间，传感器将该低电平信号输出至控制器，控制器I/O口采集到这几路低电平信号，比较发现目前AGV位置与途径位置有所偏差，据此AGV控制系统自动做出调整，控制电机驱动器，使电机差速纠偏，保证AGV沿磁条前进。磁导航原理图如下图2所示。图2磁导航传感器原理2）驱动单元AGV驱动单元的性能直接决定了AGV的车体运动性能。驱动单元重要包括驱动电机、电机驱动器、差速控制系统和减速刹车系统。电机驱动器由主控单元控制，接受主控单元发出的控制信号，继而控制驱动电机做出对应的加减速以及刹车等动作，驱动电机的性能参数直接决定了AGV的动力性能。差速控制系统好坏可以影响AGV行走尤其是转向时的平稳度与运行精度。3）车体单元采用后轮作为驱动轮，分别由两个电机驱动；前、后轮作为万向轮，只起支撑作用，随本体而动。该构造转向依托后两个驱动轮差速完毕，转弯中心位于两驱动轮之间，能实现零转弯半径转弯，转弯控制精度高。该机构构造简朴，便于控制，是目前应用最多的一种轮式移动机构。在前后设计安装两自由轮保持整车平衡，同步也提高AGV整体载荷能力。AGV轮式移动构造如下图3所示。图3轮式移动驱动构造AGV车架重要功能是进行货品承载，安放多种AGV部件，如驱动电机，系统电路、供电电池以及检测用的传感器等。因此车架应当包括可以放置控制电路的空间、顾客操作界面和运载货品的平台。4）供电单元供电单元用以给主控单元、导向单元、驱动单元、移载机构等设备提供电能，是AGV一切设备正常运行的保证，一般包括蓄电池、电压隔离模块、电压采集系统。蓄电池为一般的工业蓄电池或者汽车蓄电池，一般规定可以保证8小时持续工作时间。电压采集模块通过A/D转换，实时采集目前AGV电源电量，并将电压值反馈至控制器，由控制器来监控目前电压。当控制器发现目前电源电压值即将低于正常工作电压时，将该信息反馈给地面控制中心上位机，同步AGV报警显示电量局限性，并在完毕目前任务后自行回到充电站充电，当AGV充电完毕后，解除报警信号并告知上位机，回到正常运行途径并接受来自上位机的任务指令。5）移载单元移载装置是为了满足多种生产线上物件的分流、合流、移交、转向和搬运功能的一种装置。而在物流生产线中实现AGV与移载机构的结合可以到达物流顺畅、途径最优、时间最短、速度最快以及效率最高的目的。采用叉车式AGV实现移载，货品通过AGV倒车装卸，可以在高下差很大的站台以及地面间装卸货品，在使用多层货架或者驶入式巷道的仓库中装卸货品具有得天独厚的优势，车身窄，重心低，作业灵活，合用范围广。初步选用侧叉式AGV，如下图4所示。其安装有两级或者三级传动比例的伸缩叉，工位上设有站台，站台上安装有无动力的台架，当AGV抵达指定工位后停靠在站台一侧，运用升降机构实现伸缩叉与货品的离合，从而实现货品的装卸。侧叉式AGV安全性好，移载原理比较简朴，货品可以通过伸缩叉装卸且能在不一样高度站台作业。图4叉车式AGV6）安全辅助单元安全辅助单元重要包括障碍物接触缓冲器、靠近监测装置、警示装置、停车按钮和紧急停车按钮，重要为了防止AGV之间、AGV与周围物体以及AGV与人的碰撞，是保证AGV安全运行的保证系统。障碍物接触缓冲器是用来防止AGV前后左右侧障碍物的碰撞，以免对AGV和障碍物导致不必要的伤害。一般在AGV的前后左右安装安全挡圈，在安全挡圈上安装多种检测传感器，一旦任意一种传感器触发，AGV就采用急停动作。在AGV车体前设置安全挡板，通过弹簧弹性连接到两个接触开关传感器，弹性连接具有一定的缓冲作用，可以在一定程度下保证车体和障碍物在碰撞中不会受到损伤，正常工作时接触开关传感器电平状态都为高电平，当任意一种接触开关传感器发出低电平信号传递到控制器I/O口时，控制器就发出急停指令同步发出报警信号并将该信号传递给地面控制系统，只有当障碍物清除后该信号才复位。靠近检测装置一般有红外区域扫描、激光测距扫描和超声探测三种方式，用来检测AGV运行方向与否存在障碍物。采用光电传感器安装在磁导航AGV车体正前方中部距离地面150mm处，该传感器拥有两级I/O输出，二级检测区域分为左中右三个区域，分别能在0~3m内调整，当该级监测区域内检测出障碍物时，该检测单元对应的输出电路输出低电平信号，AGV控制器接受到该低电平信号后立即控制驱动电机减速，同步发出警告信号并反馈给地面控制中心，告知前方障碍物离开，直到障碍解除才恢复正常速度行驶；一级临近检测区域较二级监测区域短，但两侧检测范围较二级检测区域大，同样具有左中右三个监测区域，分别可以在0~1m内调整，当该级监测区域内检测出障碍物时，该路对应的输出电路输出低电平信号，AGV控制器接受到该低电平信号后立即发出急停指令同步报警并告知地面控制中心，直至障碍物解除。警示装置包括警示灯和警示蜂鸣器，用以提醒应用现场的人们及时发现正在靠近的AGV并采用对应的措施。停车按钮用于AGV的受控停车，该按钮按下之后AGV应当安全可靠地停止运行，并且该方式停车可以通过人工操作简朴迅速地使AGV恢复运行，该按钮用以保证AGV周围的临时工作人员的安全，采用停车按钮停车方式可以不切断AGV的驱动电源。磁导航AGV在地面控制中心、AGV车用遥控器和AGV车身侧面等三处均设置停车按钮，以便操作人员采用停车措施。紧急停车按钮用以在紧急状况下中断AGV的运行，为便于紧急状况下操作，磁导航AGV在地面控制中心、AGV车用遥控器和AGV车身两侧设置红色的急停按钮。当紧急停车按钮按下后，AGV切断一切设备的动力供应，启动制动器并报警，在排除紧急停车原因之前AGV维持停止状态。7）站点识别单元将射频识别技术作为站点识别技术，事先将唯一的地址ID存入EPC卡（电子标签）中，同一应用环境的任意两张EPC卡中的地址ID都不相似。AGV系统工作时，地面控制中心可以通过AGV的ID号来实时向某一台AGV发送电子地图，该电子地图包括需变化运行状态的地址ID以及在这一地址ID指定的EPC卡所在站点需要进行的动作，当指定的磁导航AGV接受这一电子地图后，将这一电子地图存储至控制单元内部存储器中。当磁导航AGV行驶在途径中，读卡器读到区域中的EPC卡并将该EPC卡中的地址ID发送至控制单元，控制单元比对该地址ID与电子地图中的地址ID，若该地址ID不存在目前电子地图中时，磁导航AGV忽视该EPC卡所在站点并继续以目前状态行驶；若该地址存在于目前电子地图中时，控制单元读取电子地图中在该地址ID所应当执行的动作并控制磁导航AGV执行这一动作。电子地图中的执行动作详细包括AGV以高速状态行驶、AGV以中速状态行驶、AGV以低速状态行驶、AGV在该站点停靠等待、AGV在该站点取货、AGV在该站点卸货、AGV在分歧途径处左、右转、等。这些动作基本可以覆盖磁导航AGV在汽车生产线中应用的所有动作，且控制系统和上位机可以随时增、删功能，系统的适应能力比较强。射频识别技术作为磁导航的站点识别技术的作用还在于当控制单元接受来自读卡器的地址ID信息，在比对电子地图中的地址ID的同步，无论该地址ID与否存在于目前任务电子地图中，都会将该地址ID发送给地面控制中心，地面控制中心可以根据由磁导航AGV发送的AGV的ID号和地址ID号，来确定该ID指向的磁导航AGV所处的位置，这有助于地面控制中心对磁导航AGV的监督与控制。8）无线通信单元无线通信单元是磁导航AGV与地面控制中心上位机通信的中介，是AGV系统正常运行的保证。磁导航AGV通过无线通信单元接受上位机的指令，这些指令包括上位机手动控制时的AGV启动指令、AGV停止指令、AGV加速指令、AGV减速指令、AGV急停指令和全自动运行是的AGV电子地图指令等，同步，磁导航AGV通过无线通信单元将AGV的实时状态包括目前站点、目前动作、运行速度、启停状况和报警信号等反馈给上位机，以便于上位机对目前AGV系统的监控与调度。采用ZigBee模块作为磁导航AGV的无线通信单元，可使用一款RS232转ZigBee无线数据透明传播的通信模块。ZigBee与蓝牙类似，是一种新兴的短距离无线技术。它基于IEEE802.15.4原则的低功耗个域网协议，具有距离短、复杂度低、自组织性强、功耗和数据传播速率低以及成本低等长处。重要合用于远程控制和自动控制领域，应用范围广。模块具有自动组网功能，当所有模块上电后即自动组网，而网络内的模块如掉电，则网络具有自动修复功能，运用该模块顾客通过串口即可在任一节点间进行数据传播且数据传播透明，顾客在使用时不需要考虑ZigBee协议，如同使用一般串口线同样即可使用无线模块。9）主控单元主控单元是磁导航AGV的关键，对外，它通过无线通信单元接受地面控制中心的控制与调度，通过遥控器接受工作人员的手动控制，运用磁导航传感器接受判断目前行驶状态，接受射频读卡器传递而来的地址ID分析判断目前站点信息，通过安全辅助传感器接受判断外界状况等；对内、对外界条件进行综合判断后控制电机驱动器到达对磁导航AGV的行驶控制，并将AGV实时状态显示于液晶屏上。主控单元是AGV系统得以顺利运行的关键。3、磁导航AGV控制系统控制系统是磁导航AGV的关键部分，通过它才能实现磁导航AGV迅速平稳安全运行。磁导航AGV控制系统的关键技术重要包括控制系统的硬件设计、控制系统软件的设计和控制系统的算法设计。磁导航AGV控制系统硬件设计，初步设计磁导航AGV控制系统硬件的构造框图，如图5所示。图5磁导航AGV控制系统硬件构造框图主控芯片采用ARM9系列的三星S3C2440（或者选用FPGA）。系统接受来自DC/DC模块隔离产生的24V与5V电压，24V电源用于外接传感器的供电和继电器