基于激光雷達導引方式下的AGV叉車設計

尹玉梅，田東亮

（荊州理工職業學院，湖北荊州，434000）

0 引言

AGV自動導引車是指裝有傳感器自動導引的設備，可以按照預先設定好的路線運行，其動力源多以鉛酸蓄電池或鋰電池等為能量來源，在自動化物流車間內自行行駛，一般情況下，無須人員干預運行。通常采用PC設定行走地圖路線或者通過鋪設電磁導軌來制定其行走路線，并在設定區域內執行相關的動作。目前，AGV自動導引車的導引方式主要有磁路、激光、視覺等[1]。

本文根據某公司的實際要求，以林德某叉車為研究對象，對其進行一定升級改造，設計了一款新型自動導引叉車。該自動導引車采用激光雷達傳感技術，可以適應更高的載荷要求、更為復雜和嚴苛的工作環境，并且可以在較復雜的工況下連續24小時工作，從而較大的提高了企業的工作效率，具有一定的社會效益。

1 硬件設計

由于自動導引叉車應用于承載較大工業環境中，所以選用抗干擾能力較強的專用控制器，自動導引叉車采用激光雷達掃描外界環境信息，根據掃描的數據，確定車輛每一時刻的位置，再根據用戶制定的地圖，在指定區域的內行駛，并根據指令執行相應的動作。該系統主要由數據采集模塊、避障模塊、人機界面、無線通訊和驅動模塊幾部分組成[2]，系統框架如圖1所示。

圖1 系統框架圖

1.1 數據采集、導航模塊設計

考慮到工況條件的復雜性，數據采集、導航模塊選用可靠性較高的德國倍加福公司生產的R2300 3-D LiDAR傳感器，該傳感器基于脈沖測距技術（PRT），提供可靠的且極其精確的測量，產品同時具備高精度和響應時間短的特性。PRT技術發出極短但高能量的光脈沖，計算脈沖從發送到接收之間的持續時間，同時以光的速度為常數連續測量目標的距離。發射區和接收區之間的機械隔離意味著極高的耐污染性。3-D LiDAR傳感器的每條掃描線有1000個掃描點并且最快可達50kHz的掃描速率，適用于廣泛的工業自動化應用。根據現場實際情況，制作的地圖如圖2所示。

圖2 制作地圖

1.2 避障模塊的設計

考慮到現場實際環境會出現無法預測的變化，并且白天和夜晚光線變化較大等多種因素的影響，為了提高自動導引叉車抗干擾和糾錯能力，分別在車輛的前后左右，采用了若干個紅外避障傳感器進行補償，以達到對周圍環境的探測的最佳效果，從而提高了車輛運行的可靠性。

1.3 觸摸屏界面設計

在AGV自動導引車上，配有觸摸屏HMI，方便工作人員直接對導引車進行數據觀察，以及切換至手動控制模式。觸摸屏界面設計采用三菱觸摸屏編程調試軟件GTDesigner3，該軟件可編緝多款系列觸摸屏，同時可與三菱、歐姆龍、富士、松下、西門子等可編程控制器通信連接。通過軟件可進行工程和畫面創建、圖形繪制、對象配置和設置、公共設置以及數據傳輸等操作。通過該軟件設計的觸摸屏界面如圖3所示。

圖3 觸摸屏設計界面

1.4 行走路徑的規劃

根據貨倉的實際位置情況，選取若干點作為行走節點，如圖4所示。規劃行走路徑時，任一行走節點和目標站點之間盡可能保證兩個對象間光順連續，曲率盡可能做到G2連續，以確保載重自動導引車穩定行駛。

圖4 行走路徑規劃

2 AGV承載行走測試

通過對叉車的升級改造，最終完成了以R2300 3-D LiDAR傳感器導引方式下自動導引車，載重行走測試如圖5所示，車輛在輕載時速度可達1.8 m/s。由于R2300每次掃描可達4000像素，實際中只要工作環境內無較大光線變化或者環境中物體變化不大的情況下，車輛的定位精度最高可達±10mm，同時在其工作的范圍內，AGV自動導引車以任意的角度停留在任意位置時，均可按預先設定的程序找正方向并回到初始點。在測試過程中，發現自動導引車若是速度很快的話，貨叉到達指定高度附近，會出現反復上升和下降的情況，這種上下震蕩的情況，可以通過PID控制器，合理的調節P、I、D的值，最終得已解決。實踐證明，升級改造后的自動導引叉車可以按照預先編寫的任務程序，在指定的路徑下，實現從一個點到另一個進行取放貨，貨叉提升高度由拉線式位移傳感器定位，且提升高度可以根據需求設置。調度系統可以根據倉庫和貨載信息，對AGV自動導引車進行靈活調度，實現無人化生產[3]。

圖5 車輛載重行走圖

3 結論

本文選用倍加福 R2300多層掃描器等傳感器，對某公司叉車進行了升級改造，并進行了觸摸屏界面設計，最后通過設計的車載軟件，實現了AGV自動導引車按給定的路徑行走和貨物的搬運。結合實際實驗測試，結果表明，車輛可以可靠、高效地完成貨物牽引工作。車輛行走靈活，系統安全可靠、調度方便，可以較好地輔助人類進行自動化生產工作，具有一定的社會意義和經濟價值。