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摘要：根据AGV运输车的原理，制作了磁感应传感器作为引导系统，以锂电池作为动力源，PLC作为控制系统，直流伺服电机作为动力的AGV小车，并简述了电机选型和路线轨迹导航原理。
关键词：磁导航；AGV；差速控制
引言
AGV是自动运输车（Automate Guided Vehicle）的英文缩写，是一种能按照规定路径行驶，具有安全保护的运输车，是现代企业自动化装备的重要组成部分。车间物料运输引入AGV小车，不再需要驾驶员，AGV行走区域无需铺设轨道支架等固定装置，在车间物流系统中，充分体现其自动化，无人化，实现工厂的减人增效。
1 AGV 的导航方式
1.1 导航方式
AGV能实现自动导航，其关键在于导引信号的识别。目前AGV的常见导航方式有激光导航，图像识别导航，磁条导航等多种方式。
激光导航方式需要在AGV车体上安装激光发射器，发射器向路线附近放置的反射镜发射激光，采集反射回来的激光信号，以此确定当前车体的坐标及偏差角度，此种导航方式价格较高，需要在路线两侧安装反射镜，对场地有一定要求。
图像识别导航需要现在地面上绘制行走路线，利用AGV上安装的CCD摄像头对地面摄像获取标志线信息，从而判定AGV的行走偏差，通过该偏差实现路径跟踪及导引，此方式需要用到的摄像头成本也较高。
磁条导航的方式较为简单，在车间路面上按照预设的路线铺设磁条，通过磁感应传感器检测磁条信号，通过检测的位置偏差计算磁带的偏离程度，控制电机转向，这种引导方式较为灵活，改变路线相对方便，成本较为经济。
1.2 驱动转向方式
AGV驱动转向方式为两轮差速控制转向。在底盘中部安装两个驱动轮电机，当两台驱动电机速度相同时，AGV保持直线行驶，当左右电机存在速度差时可以实现方向切换。驱动轮设计在AGV底盘中部，使底盘沿驱动轮轮轴中线前后对称，运行平稳可靠。
1.3 磁条检测传感器
利用8位开关量输出的磁条检测传感器可检测出磁条偏离中心的位置量，磁条检测传感器安装在小车底部中央位置，传感器检测间距为10mm，8点间距可检测范围80mm，磁条宽度30mm，当磁条在传感器下方时，输出开关量信号“1”，没有检测到磁条的位置则输出开关量“0”。车体运行过程偏离中心位置，磁带则在传感器不同的检测位置，可得到不同的检测信号，以此来判断小车行驶偏移值，并利用PLC控制电机速度差来修正路线。
1.4 导航方向控制
AGV小车在行驶过程中，会由于各种因素导致小车并未在磁带中央行走，AGV由直道转入弯道时，或由弯道转入直道时，均会出现偏差情况。地面磁条布置时也不能保证完全直线布置，AGV车体安装时也会存在偏差，还有地面摩擦因数也会导致驱动轮速度的偏差。常见的偏差情况有左偏，严重左偏，右偏，严重右偏，
在磁导航传感器检测出磁条信号后，PLC根据即时检测出的磁带偏移信号来控制两个电机的速度差值，以速度差的方式修正位置偏差。在PLC程序中首先读取磁传感器的8位输入值，“●”表示磁导航传感器检测到信号，“/”表示没有检测到信号，根据8位输入值判断车体相对磁道的偏移情况，若产生偏差，则小车需要向偏差较小的方向行驶，当偏差较大时，此时该偏差方向驱动轮加大速度，使AGV朝偏差小的方向行驶，当偏差检测无偏差时，小车左右驱动轮等速。小车检测位置偏差和左右轮速度比见表1。
2 AGV车体的机械结构设计
AGV主要由机械机构和电气控制系统组成。机械结构由车架底盘，链轮链条，驱动电机，减速机组成，其中两个直流伺服电机为车体提供动力。电气控制系统由可编程逻辑控制器PLC，人机界面触摸屏，磁带检测传感器，障碍检测传感器，安全防撞检测传感器，锂电池组成，AGV整车的动作逻辑和电机的速度变化由PLC控制。
2.1 轮系分布方式
AGV车体考虑运行的平稳性，考虑采用6轮运行方式，由车体中部2个驱动轮和车体4角的4个自由轮支撑，按照3点一平面的理论，六轮运行时与地面接触轮数量一般为3到4个，设想AGV运行过程中主要由中部2个驱动轮和剩余的1个自由轮接触到地面，因此驱动轮设计的高度比其余的万向轮高3mm，使运输过程中保证驱动轮能接触到地面。左右驱动轮位于底盘中部并呈对称分布，自由轮位于底盘四周。
2.2 AGV 的电机选型计算
2.3 AGV 的轮结构设计
驱动轮结构设计选用130mm的驱动轮，可承载200kg，满足负载要求。驱动轮与链轮通过平键连接，轴带动驱动轮驱动，驱动轮用套筒约束定位，轴挡住轴承内圈，约束轴承轴向方向位置，轴承和链轮均采用标准零件，方便维护更换，电机经过减速箱后连接主动链轮，主动链轮通过链条和驱动链轮连接。
3 AGV车体的电气控制设计
AGV电气控制主要包含控制器，人机界面，数据传输。AGV车体设计采用PLC控制，人机界面显示小车的运行状态和相关参数的设置。PLC和触摸屏连接，PLC和电机驱动器数据传输均采用RS485通讯。
3.1 控制器的选择及选型
能实现逻辑控制功能的控制器有单片机，PLC和专用AGV控制器等多种方式。单片机成本低廉，但是稳定性欠佳。AGV专用控制器价钱与PLC相近，自带集成AGV轨迹控制程序，但是扩展功能不多。PLC应用较为广泛，编程语言方便，扩展功能强大，因此本项目设计时优先考虑使用PLC。
台达AS系列PLC具有24V供电功能，可以直接使用24V电池供电，可以控制4轴脉冲，能满足2个步进电机的控制，自带RS485通讯口，可以连接人机界面和RFID站点检测传感器。
3.2 人机界面选型
台达DOP系列触摸屏价钱经济，尺寸较小，可以满足AGV常用参数的显示和输入设定，使用台达自带的触摸屏开发软件，编程较为简单。
3.3避障检测传感器
AGV避障检测传感器可利用超声波检测AGV前120度范围内的障碍物，检测距离可通过软件设定为3-450CM。传感器使用24V供电，带有开关量输出，当检测到前方有障碍物时，能输出信号给PLC及时停车。
3.4 RFID站点检测传感器
RFID站点检测传感器通过RS485与PLC通讯。可以即时检测贴在地面的标签卡，检测出对应的站位号，通过PLC程序处理，控制小车在对应的站位停车，还可以检测对应的标签卡实现速度变更和转向。
3.5 电池组选型
本AGV采用锂电池组，供电电压为DC24V，符合人体安全电压，容量为120AH，能满足8小时的续航要求，电池组带有电量检测功能，通过RS485通讯反馈电压和容量数值给PLC，电量不足时提醒员工更换电池组。
4 结语
本文所述的AGV能满足车间自动运输车的需求，其中的零件选型考虑各种因素，能满足设计需求，保证小车能正常工作。磁带导航方式，成本经济，更换灵活，能保证一定的行驶速度和精度。
参考文献：
[1]杨先龙，磁导航差速AGV的结构及控制设计，合肥工业大学
[2]叶菁，磁导式AGV控制系统设计与研究，武汉理工大学
[3]孙海涛，基于视觉导航的AGV模糊-最优控制研究，中国机械工程，2006（24）
[4]吴伟涛，磁引导式差速转向AGV的电机确定与磁导航方法，沈阳理工大学
论文作者:李子良
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/9/17
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