智能AGV避障小車

雷 丹

(四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 廣元 628017)

0 引言

隨著工業(yè)4.0的提出，傳統(tǒng)的工業(yè)制造已經(jīng)不能滿足社會(huì)的需求，取而代之的是智能化工業(yè)流水線。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程中，物料的運(yùn)送主要還是靠人力搬運(yùn)，不僅耗費(fèi)時(shí)間、浪費(fèi)人力，還會(huì)造成較高的貨物損壞率，無法有效地完成貨物搬運(yùn)工作。而AGV小車可以很好地解決這些問題，它不但承重大，工作效率高，還解放了更多的勞動(dòng)力。但目前大部分工廠使用的AGV小車還存在很多安全隱患，比如AGV小車的碰撞問題，因此本文對(duì)AGV小車進(jìn)行了改進(jìn)，為其增加了避障功能，這樣當(dāng)AGV小車檢測到巡線上有其他物體時(shí)就會(huì)立即停止前進(jìn)，并發(fā)出警報(bào)聲提醒工作人員，直到檢測到巡線上沒有其他障礙物時(shí)才會(huì)再次啟動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

1 智能AGV避障小車系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本文基于單片機(jī)的智能AGV避障小車，除了實(shí)現(xiàn)AGV小車尋跡功能外還增加了避障功能，系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示，主要包括單片機(jī)、尋跡模塊、避障模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊、電源模塊和按鍵模塊。

圖1 智能AGV避障小車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

單片機(jī)主控芯片選用STC89C52，主要通過不同的算法來控制和協(xié)調(diào)其他模塊，實(shí)現(xiàn)小車的整體運(yùn)行。單片機(jī)主控芯片的硬件接線圖如圖2所示。

圖2 單片機(jī)STC89C52的硬件接線圖

(1) 避障模塊：采用HC-SR04超聲波傳感器，該傳感器被觸發(fā)后發(fā)射端會(huì)發(fā)送8個(gè)40 Hz方波，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，待超聲波傳感器接收端接收到回波則停止計(jì)時(shí)。根據(jù)時(shí)間間隔可以計(jì)算距離，距離=(高電平時(shí)間×聲速)/2。根據(jù)檢測結(jié)果得出AGV小車前方是否有障礙物，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。圖3為避障模塊的硬件接線圖。

圖3 避障模塊的硬件接線圖

(2) 尋跡模塊：尋跡模塊采用紅外尋跡原理，利用黑色對(duì)光線的反射率小這個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)平面的顏色不是黑色時(shí)，傳感器發(fā)射出去的紅外光被大部分反射回來，于是傳感器輸出低電平0。當(dāng)平面中有一黑線，傳感器在黑線上方時(shí)，因黑色的反射能力很弱，反射回來的紅外光很少，達(dá)不到傳感器動(dòng)作的水平，所以傳感器輸出1。只要用單片機(jī)判斷傳感器的輸出端是0或者是1，就能檢測到黑線，以此使AGV小車能夠沿預(yù)設(shè)的路線進(jìn)行行駛。圖4為尋跡模塊的硬件接線圖。

圖4 尋跡模塊的硬件接線圖

(3) 顯示模塊：使用LCD1602液晶顯示模塊，實(shí)時(shí)顯示超聲波檢測的距離值，LCD1602液晶第一行顯示智能小車行駛方向，分別為D、F前方，L左面,R右面；第二行顯示該向與障礙物之間的距離。圖5為液晶顯示模塊的硬件接線圖。

圖5 液晶顯示模塊的硬件接線圖

(4) 電源模塊：為了保證AGV小車可以自主行駛，本文采用了獨(dú)立電源模塊，該電源模塊使用了供電、程序燒寫、串口通信三合一模塊，采用的是可充電18650鋰電池，主要給4個(gè)直流電機(jī)和單片機(jī)供電，以及進(jìn)行程序燒寫和串口通信。

(5) 驅(qū)動(dòng)模塊：采用了4個(gè)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車。

(6) 報(bào)警模塊：當(dāng)AGV小車遇到障礙物時(shí)，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出響聲進(jìn)行提示。

(7) 按鍵模塊：AGV小車的啟動(dòng)停止按鍵。

2 智能AGV避障小車系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

智能AGV避障小車控制部分軟件包括主程序、尋跡子程序、超聲波測距子程序、顯示模塊子程序、電機(jī)調(diào)速子程序和按鍵控制子程序等5個(gè)部分。

主程序流程如圖6所示。首先將所有模塊進(jìn)行初始化，然后判斷啟動(dòng)按鍵是否按下，按鍵如果沒有按下小車保持不動(dòng)；當(dāng)按鍵按下時(shí)，小車啟動(dòng)并進(jìn)行尋跡，然后按照尋跡路線行駛；在尋跡過程中，超聲波傳感器不停地檢測小車前方是否有障礙物，當(dāng)超聲波傳感器檢測到障礙物時(shí)，小車立即停止并發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)顯示障礙物的距離；直到超聲波傳感器檢測不到障礙物時(shí)，小車重新啟動(dòng)并開始尋跡。

圖6 主程序流程

尋跡子程序如圖7所示。首先將尋跡模塊進(jìn)行初始化，然后判斷紅外尋跡是否檢測到黑線，如果是左側(cè)檢測到黑線就說明車身向右發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，應(yīng)該使小車向左轉(zhuǎn)；如果是右側(cè)檢測到黑線就說明車身向左發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，應(yīng)該使小車向右轉(zhuǎn)。經(jīng)過調(diào)整后，小車車身回正，小車?yán)^續(xù)向前行走，并繼續(xù)探測黑線，重復(fù)上述動(dòng)作。

圖7 尋跡子程序流程

3 結(jié)語

本文基于單片機(jī)開發(fā)了一款智能AGV避障小車，在原有AGV小車的基礎(chǔ)上增加了避障功能，可以有效地避免車撞人或者車撞車的現(xiàn)象發(fā)生，一方面使物料運(yùn)送過程更加可靠，另一方面更有利于對(duì)無人車間的檢測與維修。隨著智能工廠的普遍推廣，智能AGV避障小車也將受到廣泛的青睞。