全方位移动AGV 固定路径导引方案设计
潘世丽
（硅湖职业技术学院，江苏 昆山 215332）
摘要： 随着现代工业的自动化程度进一步加深，具有可靠、安全、高效以及灵活等特点的自动导航小车（Automated Guided Vehicle，AGV）的应用也越来越广。本文研究了全方位移动 AGV 固定路径导引方案，介绍了磁带导引原理、传感器的安装与分布方案以及与S7-1200 PLC 的接线框图，通过多次实验的对比不断优化控制程序，最终达到了比较理想的实验结果。
关键词： AGV;固定路径;磁带导引
在整个物流体系中，小范围的物品搬运占据着十分重要的地位。为了提高搬运效率，已经出现了能够自动沿着固定路径行驶的无人搬运小车，也就是AGV 的一类特殊的机器人。AGV 发展至今，不仅仅是其功能越来越完善，在导引技术方面也有了很大的发展与进步。到现在，AGV 的导引技术不仅仅是最初的电磁导引，还有光学导引、激光导引、磁带导引，以及更为先进的惯性导引、视觉导引、GPS 导引。各种导引方式都有各自的优缺点，具体使用什么方式进行导引，还得根据实际的应用环境来判断。AGV 的路径导引主要有两种：一种是自由路径导引，另一种是固定路径导引，也就是说，AGV 的路径是固定的，只能沿着固定的路径行驶，灵活度比之自由路径有很大的不足，但它的控制系统相对简单，制造容易，成本较为低廉，其中光学导航、磁导航是目前主要使用的路径规划方案。
图1 磁带导引原理图
表1 导引方式对比
1 AGV 导引方式简介
由下表1 可知，从路径规划的角度来说，GPS 导引、视觉导引、激光导引、惯性导引更加适合自由路径导引，但是它们的成本比较高昂，技术方面也不是非常成熟，控制方法也比较复杂。电磁导航由于实验室的场地问题，不能十分方便地进行安装和拆除。光学导引对于地面的清洁度非常敏感，十分容易产生误差。因此，本次设计选择了技术成熟、应用广泛的磁带导引作为导引方法。
2 磁带导引原理
磁带导引的具体原理如下图1 所示，系统流程图如图2 所示。首先按照设计的路线在地面上铺设相应的磁带，车载的传感器在检测到磁信号时，会从高电平转换到低电平或者从低电平转换到高电平，输出开关量，当PLC 接受到相应的开关量时，通过内部的算法便能判断当前AGV 相对于磁带的位置，再执行相应的程序控制伺服驱动器，驱动直流伺服电机进行相应的动作，从而实现路径的导引。
苏：我们跳舞时，人数不限，男女老少手拉着手，把火塘或场院围一圈，沿逆时针方向边歌边舞。舞蹈开始时，男子在前，女子在后，呈弧形排开，连臂踏歌。先由男女轮唱一遍舞曲，然后共同起舞，速度由缓慢逐渐加快。舞至激动时，领舞的男女加快舞步，带头变换动作，时而双腿交替着地，时而左右旋转，男女相互竞争，气氛十分热烈。舞至高潮时，众人会齐声高歌，以吼声助兴。当年，我在北川教舞蹈的时候，整条街都被我们吼起来了，歌一唱，舞一跳，屋子都要被抬起的感觉。现在我还在想那种感觉，好安逸啊！
图2 系统流程图
3 传感器选型与安装
3.1 传感器选型
本次设计采用了瓦力机器人有限责任公司的AGB-16NM 型磁导航传感器，它是一款开关型霍尔传感器，AGB-16NM 中的N 是指传感器只能检测N 极磁场，16 表示传感器共有16 个探点，每个探点间的间隔是10mm，能够检测出磁条上方100gauss以下的微弱磁场，每个采样点都有一路信号对应输出。由于传感器的探点间隔仅仅10mm，因此，此款传感器的精度较高，能够实现较高精度的导航，接线图如图3 所示。上图中最上面的点接正极，最下面的点接地，中间的两个点为数据输出。电源接通后没有检测到磁信号时传感器输出的是高电平，当检测到磁信号时相应的指示灯点亮，并输出低电平。由于传感器输出的是NPN 型开关量，适用于漏型传感器，故在实际使用中需要接上拉电阻，本次设计所接上拉电阻为3000Ω。另外，与传感器配套使用的磁条宽度为30mm。
3.2 传感器的安装
本设计使用的传感器虽然有16 个探点，相邻探点的间隔为10mm，但相对于实验室的小车外形来说，10mm 的间隔精度太高。若16 个探点全部接入PLC，不仅需要对PLC 重新扩展数字量输入模块，同时由于小车惯性较大，很容易发生信号的丢失，故而对于导引精度难有太大的提高，还容易造成小车在前进过程中不断进行修正，从而产生频繁的抖动。因此，最后采用了8 个探头接入PLC。
布局方案见图4，其中1-16 为传感器的探点，黑色的圆点为选择接通的探点，下方黑色的矩形区域为磁带。此种分布方式采用两边间隔宽，越往中间间隔越小的方法，即1、4、6、8、9、11、13、16 号探点接入PLC。通过实验以及理论分析可知，传感器探点的使用频率越往中间越高，因此选择此种方案对于传感器的利用率是最高的。相邻两个探点一直导通的状态是能够保证的，因此8 和9 的直行状态是能够保持的，并且不会因为微小的偏移便造成8 或者9 的丢失，从而小车前进的连贯性得到了保证，不会因为不断纠错而产生比较频繁的抖动。而在从4 ～13 的区域内，至少都会有一个传感器探点导通，因此在此区域内都不会出现信号丢失的情况。稳定工作区间的扩宽将使小车能够适应更多的场合，实现更大程度的纠偏动作。16 和13 之间以及1 和4 之间由于间隔较大而出现的不稳定工作状态，主要是通过程序来解决这个问题。
3.3 探头分布方案
通过PDCA的实施，规范了带教老师的带教流程、带教目的。在带教过程中，通过正规的引导，培养同学独立的学习能力和临床思维能力，并及时发现学生可能存在的问题，并及时纠正。发现问题、纠正问题的过程中，带教老师也不断进行自我提高和完善，增加带教经验，为提高带教质量提供保证。
图3 传感器接线图
图4 传感器布局
3.4 系统接线
在本次设计中，使用的CPU 是S7-1200 系 列 的1217C 型PLC， 但 由 于 小车内部的线路十分复杂，接线很不方便，因此传感器并没有直接接在1217C的信号模块上，而是接在了另一台型号为1212C 的PLC 上，再通过以太网通信，将相应的信息传输到1217C，由1217C 进行处理后，再将相应指令发给驱动单元进行具体的驱动。采用开放式用户通信，使用TCP 连接，主要依靠分别具有发送和接收功能的TSEND_C 和TRCV_C 指令，首先将传感器输入1212C 的信号移动到发送数组中，通过TSEND_C 指令发送给1217C，再由TRCV_C 指令进行接收，并将数据存入接收数组，然后再分配给各传感器的地址。总体接线框图如图5。小车的运动有两种模式，一种是自动模式，一种是手动模式。手动模式是通过手柄进行控制，主要是用来控制小车在实验场地外的运动，方便小车进行自动导引实验。由于手柄输出的是模拟量，故通过扩展的模拟量输入模块SM1231 与PLC 相连，传感器则通过PLC 的通信间接与1217C 相连，最后由1217C 与驱动单元相连，执行相应的动作。
图5 总体接线框图
4 结语
本文简单介绍了当下的导引技术，而后根据实际情况选择了安装简单、应用广泛的磁导引。在传感器的选型及安装过程中，对于传感器探点的布局方案进行了比较深入的研究，详细说明了探头分布方案。同时，介绍了系统的总体接线方案，PLC 间通信的实现，以及4 个驱动器的接线框图。
在高层建筑工程系统中，电气强电竖井的主要作用实际上是为建筑物所有楼层的电梯的电力，同时提高建筑的便利性与安全性，在建筑物的所有方面呈现的相关功能是否正常实际上与电力轴的安装质量直接相关。因此，为了提高电气工程的质量，必须加强电动轴的竖井建设，以这种方式使用电气设备的安装以有效地避免故障和经济损失。
参考文献：
[1]杨天旭.全方位移动 AGV 智能控制技术研究[D].南京航空航天大学,2016.
[2]张辰贝西,黄志球.自动导航车(AGV)发展综述[J].中国制造业信息化,2010,29(1):53-59.
[3]梁立军.浅议自动导引车(AGV)技术及其柔性制造系统应用[J].中国科技博 览,2011(31):79-79.
中图分类号： TP242.6
文献标识码： A
文章编号： 1671-0711（2019）09（下）-0153-02
标签：agv论文; 固定路径论文; 磁带导引论文; 硅湖职业技术学院论文;