AGV自動導引車發展趨勢及控制系統設計

左 巍

（華晨寶馬汽車有限公司 遼寧 沈陽 110005）

1 引言

首先本文針對自動導引車做以系統的背景研究和設計，然后提出了自動導引車的軟件、硬件和機械的創建思路和實現方案，對自動導引車的技術重點進行了理解分析，并最后將各個功能模塊進行組建，實現自動尋跡運行功能。

2 AGV系統組成

AGV 控制系統有車體單元、供電單元（磷酸鐵鋰電池）、引導單元（光電傳感器）、主控單元（PLC）。

2.1 車體單元

輪車的驅動機構和運動單元基本上與三輪車相同。圖1所示是兩輪獨立驅動，前輪（萬向輪）帶有輔助輪的方式。轉動半徑為0的時候，因為車體可以做中心原點轉向，這樣就可以在窄小的場所內改變運動方向。

圖1 車體底盤結構

2.2 引導單元

2.2.1 底部軌跡傳感器 磁導航傳感器使用間隔距離為10毫米分布的16個信號采集點，可以測試出磁條上部10高斯以下的微小磁場，每個信號采集點都有對應的電信號相對輸出。自動運行導引車運行時，磁條檢測傳感器內部垂直于磁條上方的連續3至5個采集點會輸出電信號。依靠16條檢測信號通道中輸出的3至5路的電信號，可以檢測出磁條相對于JH-16磁條檢測傳感器的偏離位移，AGV自動運行導引車自行作出行駛方向或位置變更，保證小車按磁條埋敷路線保持行駛。

表1 性能指標表

2.3 AGV行走路線識別

AGV自動導引車的行走軌跡設計對于保證自動導引車安全工作是有著及其重要的意義，長久以來一直是探討的熱點。它研究的是在行走過程中有阻礙物的情況下，如何為 AGV自動導引車尋找目標點，安全的避開阻礙物，沿著合理的路徑進行工作，以及獲取環境信息等。

行走路線的描述：行走路線生成算法產生平滑的路線描繪，控制算法根據路線的描繪計算出對應的參考位子，而且計算出相對應的控制量。執行單元因此發出左右兩側驅動電機的控制信號，此時經過傳感器的記錄并測算出兩個驅動輪的位移，然后計算出AGV自動導引車的位置和行走方向。路徑識別是智能車控制系統的關鍵技術之一，它是將路況等信息傳送給主控制關鍵途徑。AGV 路徑識別方案制定的優劣，直接影響著 AGV 的控制效果。

3 直流電動機調速方案

3.1 直流無刷電動機的結構

直流無刷電機在結構上與永磁同步電機基本相似，但是沒有籠型繞組和其它的發動裝置，轉子一般由永磁硅鋼片按規定的極對數（2p=2，4?）組成三相定子繞組，分別與電氣開關線路中相對應的開關連接，位置傳感器的跟蹤轉子與電機的轉軸相連接。當定子繞組的某一相通電時，該電流與轉子的磁極相互作用產生轉矩，驅動轉子運轉，并且由位置傳感器將轉子磁鋼位置轉換成電氣信號去控制電子開關線路，進而使電機定子每相繞組按照一定的導通順序接通，定子相電流換相隨轉子的位置變化而變化，隨轉子的運轉，位置傳感器不斷的發送信號用來改變電樞繞組的通電狀態，使得在某一磁極下導體中的電流方向一直保持不變，這就是直流無刷電機的換流原理。因電子開關線路的接通順序是與轉子轉角同步的，所以達到了機械換相器的運轉作用。直流無刷電機按基本構造來說，可以理解為是電子開關線路、位置傳感器、永磁同步電動機等，三部分組成的電動機系統。其結構原理圖如圖2所示.

圖2 直流電動機原理圖

4 系統設計硬件設計

AGV 硬件電路設計是智能小車各個指標實現的基礎，其對軟件系統的設計也具有決定性的作用。為了使智能車能夠快速穩定行駛，路徑判斷迅速、轉向敏捷，PLC必須把直流驅動電機的控制與路徑識別精密地結合在一起。小車控制系統主要由控制器、傳感器、控制面板（按鈕觸摸屏）、電動機驅動器、電源、報警器等五個部分組成。小車前端安裝有三個紅外線傳感器，用于檢測前方障礙物，當任前方傳感器有信號，小車就會停止前進、報警燈閃爍、蜂鳴器鳴笛，障礙物移開后，小車繼續前進。在小車底部裝有兩個模擬量傳感器和三個數字。

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[2]武星，樓佩煌，唐敦兵.自動引導車路徑跟蹤和伺服控制的混合運動控制[J].機械工程學報，2011，47（3）：43-48.