基于單頻電磁制導方式的AGV小車

自動導向車(AGV)是采用自動或人工方式裝載貨物，按設定的路線自動行駛或牽引著載貨臺車至指定地點，再用自動或人工方式裝卸貨物的工業車輛。

AGV的研究與開發集人工智能、信息處理、圖像處理為一體，涉及計算機、自動控制、信息通信、機械設計和電子技術等多個學科，成為物流自動化研究的熱點之一。目前，AGV仍有多項關鍵技術有待提高和突破，以進一步提高AGV的性能，降低制造成本和減少使用費用。本文介紹的AGV主要解決導向及定位問題。

綜合成本和系統穩定性能考慮，本設計采用電磁單頻導向技術結合非接觸式ID卡識別定位。電磁引導介質采用柔性較好的漆包線，可不用專門開敷線槽，在試用階段可隨機根據實際情況設置線路走向(可用膠帶固定引導線)。非接觸式ID卡識別定位，采用PS/2接口及其傳輸協議(市面上有很多成熟產品)，在小車上安裝一個ID讀卡器，該讀卡器的有效距離可達15 cm，在各個站安裝一張ID卡，小車經過時讀卡器在MCU的控制下讀出ID卡信息，即可實現定位。

采用單頻電磁制導方式及非接觸式ID卡讀卡定位方式的優點：系統比較簡單，易于維護；制造成本比較低；安裝簡單，引導線理論上可以只用一根完整的線。

1 基本原理

電磁探測方法如圖1所示。1、2、3都是電磁探測頭，其中1、2是導向探頭，3是計數探頭，用來記錄小車的位置。A、B為兩個驅動輪，小車方向的改變由兩個驅動輪的配合完成。前導向輪是沒有動力的。

小車的驅動方式：如圖1所示，小車的動力輪是后面的A、B兩個驅動輪，其轉向也是由這兩個動力輪協調工作完成。尋線走時，當1號和2號兩個探頭都有信號時，小車的兩個驅動輪都動，即為直走；當1號探頭有信號而2號沒有信號時，說明小車偏離了軌道，此時是A輪不動，B輪動，直到1、2兩個探頭都有信號為止；當1號沒有信號而2號有信號時，A輪動，B輪不動，直到1、2兩個探頭都有信號為止；當兩個探頭都沒有信號時，小車停止行走，停在原地。探頭信號有無與驅動輪停與走的關系如表1所示。

3號探頭用于定位計數，每到一個站點就通過ID卡進行識別計數定位(即每測到一次信號就計一次數)，直到所計的數與MCU中計算的值相等，說明小車到達了既定位置。3號探頭的關鍵就是計數要準確，不能誤計，否則就會使整個系統不能使用(小車只能一直沿著信號線走，不能定位)。

2 硬件設計

AGV小車硬件設計部分由信號發生器、制導線路、電磁信號檢測、小車控制核心(MCU)、讀卡器、電機驅動組成，基本的硬件結構圖如圖2所示。


2.1 制導線路

制導線路的設置是本設計的關鍵部分，如果線路沒有設置好，后續的所有工作將不能完成。制導線路如圖3所示，其中虛線部分是屏蔽部分。由于電磁場是矢量，當電流方向大小相同且是平行的兩條線時，周圍的電磁都會相互抵消，故需要將虛線部分屏蔽。該布線的關鍵就是要將虛線部分的屏蔽工作做好，只有這樣，小車才能很好地完成尋線工作。


2.2 信號發生器

為了產生電磁信號，由信號發生器來產生交變的電信號。為了產生足夠強的磁場，該信號發生器的輸入輸出電流不能太小，在使用專業的信號發生器來產生交變信號時，要將其設置成功率輸出模式，輸出電壓約為3 V。

市面上的專用信號發生器的價格都比較貴，且其功能很多，而本設計因不能發揮其所有的性能，不需要那么多的功能，所以自制了一個簡單的信號發生器，只能產生頻率可調的且占空比不定的方波，其信號產生的基本流程如圖4所示。

振蕩信號由如圖5所示的555產生。555頻率可調但是占空比不可調節(會隨頻率變化而變化)，查閱相關手冊可知，555工作電壓為5 V時輸出的電流為100 mA。為了得到很好的尋線效果，實際的電流要大于200 mA，故需要進行功率放大，其基本電原理圖如圖5所示。由555及其外圍電路組成的多諧振蕩器，其產生方波信號頻率為：
f=1/0.7×(R1+2×R2)×C0
R2是可變電阻，由該公式可以計算出信號發生器的頻率范圍是1.3 kHz~14.3 kHz。