全方位移動AGV 固定路徑導引方案設計

潘世麗

（硅湖職業技術學院，江蘇 昆山 215332）

在整個物流體系中，小范圍的物品搬運占據著十分重要的地位。為了提高搬運效率，已經出現了能夠自動沿著固定路徑行駛的無人搬運小車，也就是AGV 的一類特殊的機器人。AGV 發展至今，不僅僅是其功能越來越完善，在導引技術方面也有了很大的發展與進步。到現在，AGV 的導引技術不僅僅是最初的電磁導引，還有光學導引、激光導引、磁帶導引，以及更為先進的慣性導引、視覺導引、GPS 導引。各種導引方式都有各自的優缺點，具體使用什么方式進行導引，還得根據實際的應用環境來判斷。AGV 的路徑導引主要有兩種：一種是自由路徑導引，另一種是固定路徑導引，也就是說，AGV 的路徑是固定的，只能沿著固定的路徑行駛，靈活度比之自由路徑有很大的不足，但它的控制系統相對簡單，制造容易，成本較為低廉，其中光學導航、磁導航是目前主要使用的路徑規劃方案。

圖1 磁帶導引原理圖

表1 導引方式對比

1 AGV 導引方式簡介

由下表1 可知，從路徑規劃的角度來說，GPS 導引、視覺導引、激光導引、慣性導引更加適合自由路徑導引，但是它們的成本比較高昂，技術方面也不是非常成熟，控制方法也比較復雜。電磁導航由于實驗室的場地問題，不能十分方便地進行安裝和拆除。光學導引對于地面的清潔度非常敏感，十分容易產生誤差。因此，本次設計選擇了技術成熟、應用廣泛的磁帶導引作為導引方法。

2 磁帶導引原理

磁帶導引的具體原理如下圖1 所示，系統流程圖如圖2 所示。首先按照設計的路線在地面上鋪設相應的磁帶，車載的傳感器在檢測到磁信號時，會從高電平轉換到低電平或者從低電平轉換到高電平，輸出開關量，當PLC 接受到相應的開關量時，通過內部的算法便能判斷當前AGV 相對于磁帶的位置，再執行相應的程序控制伺服驅動器，驅動直流伺服電機進行相應的動作，從而實現路徑的導引。

圖2 系統流程圖

3 傳感器選型與安裝

3.1 傳感器選型

本次設計采用了瓦力機器人有限責任公司的AGB-16NM 型磁導航傳感器，它是一款開關型霍爾傳感器，AGB-16NM 中的N 是指傳感器只能檢測N 極磁場，16 表示傳感器共有16 個探點，每個探點間的間隔是10mm，能夠檢測出磁條上方100gauss以下的微弱磁場，每個采樣點都有一路信號對應輸出。由于傳感器的探點間隔僅僅10mm，因此，此款傳感器的精度較高，能夠實現較高精度的導航，接線圖如圖3 所示。上圖中最上面的點接正極，最下面的點接地，中間的兩個點為數據輸出。電源接通后沒有檢測到磁信號時傳感器輸出的是高電平，當檢測到磁信號時相應的指示燈點亮，并輸出低電平。由于傳感器輸出的是NPN 型開關量，適用于漏型傳感器，故在實際使用中需要接上拉電阻，本次設計所接上拉電阻為3000Ω。另外，與傳感器配套使用的磁條寬度為30mm。

3.2 傳感器的安裝

本設計使用的傳感器雖然有16 個探點，相鄰探點的間隔為10mm，但相對于實驗室的小車外形來說，10mm 的間隔精度太高。若16 個探點全部接入PLC，不僅需要對PLC 重新擴展數字量輸入模塊，同時由于小車慣性較大，很容易發生信號的丟失，故而對于導引精度難有太大的提高，還容易造成小車在前進過程中不斷進行修正，從而產生頻繁的抖動。因此，最后采用了8 個探頭接入PLC。

3.3 探頭分布方案

布局方案見圖4，其中1-16 為傳感器的探點，黑色的圓點為選擇接通的探點，下方黑色的矩形區域為磁帶。此種分布方式采用兩邊間隔寬，越往中間間隔越小的方法，即1、4、6、8、9、11、13、16 號探點接入PLC。通過實驗以及理論分析可知，傳感器探點的使用頻率越往中間越高，因此選擇此種方案對于傳感器的利用率是最高的。相鄰兩個探點一直導通的狀態是能夠保證的，因此8 和9 的直行狀態是能夠保持的，并且不會因為微小的偏移便造成8 或者9 的丟失，從而小車前進的連貫性得到了保證，不會因為不斷糾錯而產生比較頻繁的抖動。而在從4 ～13 的區域內，至少都會有一個傳感器探點導通，因此在此區域內都不會出現信號丟失的情況。穩定工作區間的擴寬將使小車能夠適應更多的場合，實現更大程度的糾偏動作。16 和13 之間以及1 和4 之間由于間隔較大而出現的不穩定工作狀態，主要是通過程序來解決這個問題。

圖3 傳感器接線圖

圖4 傳感器布局

3.4 系統接線

在本次設計中，使用的CPU 是S7-1200 系 列 的1217C 型PLC， 但 由 于 小車內部的線路十分復雜，接線很不方便，因此傳感器并沒有直接接在1217C的信號模塊上，而是接在了另一臺型號為1212C 的PLC 上，再通過以太網通信，將相應的信息傳輸到1217C，由1217C 進行處理后，再將相應指令發給驅動單元進行具體的驅動。采用開放式用戶通信，使用TCP 連接，主要依靠分別具有發送和接收功能的TSEND_C 和TRCV_C 指令，首先將傳感器輸入1212C 的信號移動到發送數組中，通過TSEND_C 指令發送給1217C，再由TRCV_C 指令進行接收，并將數據存入接收數組，然后再分配給各傳感器的地址。總體接線框圖如圖5。小車的運動有兩種模式，一種是自動模式，一種是手動模式。手動模式是通過手柄進行控制，主要是用來控制小車在實驗場地外的運動，方便小車進行自動導引實驗。由于手柄輸出的是模擬量，故通過擴展的模擬量輸入模塊SM1231 與PLC 相連，傳感器則通過PLC 的通信間接與1217C 相連，最后由1217C 與驅動單元相連，執行相應的動作。

圖5 總體接線框圖

4 結語

本文簡單介紹了當下的導引技術，而后根據實際情況選擇了安裝簡單、應用廣泛的磁導引。在傳感器的選型及安裝過程中，對于傳感器探點的布局方案進行了比較深入的研究，詳細說明了探頭分布方案。同時，介紹了系統的總體接線方案，PLC 間通信的實現，以及4 個驅動器的接線框圖。