AGV电磁锁相制导系统

2006-05-07 15:49:30来源: 电子技术应用

    摘 要: 制导技术是AGV控制的关键技术,本文提出了AGV电磁锁相制导方案,采用分时复频法产生电磁波信号,设计出AGV电磁锁相制导系统,并进行了功能性实验,实验证明这是一种经济可行的AGV制导方案,可适用于复杂路线多辆AGV的制导控制。

    关键词: 分时复频选择法 锁相 制导 AGV    

    随着工厂生产的综合自动化,物流系统的发展也十分引人注目。以计算机和智能化技术相结合的AGV(Automated Gueded Vehicle,即自导输送车),已成为生产系统自动化的重要环节。它不仅在FA、FMS中有广泛的应用,而且在服务行业和流通领域,以及办公自动化方面也逐渐活跃起来。制导技术是AGV控制的关键技术,它决定了AGV的控制精度。

    AGV电磁锁相制导方案

    AGV的制导方式按有无导引路线分为三种,一是有固定路线的方式,包括电磁制导方式、光学控制带制导方式和激光制导方式;二是半固定路线的方式,包括标记跟踪方式和磁力制导方式;三是无路线方式,包括地面帮助制导方式、用地图上的路线指令制导方式和在地图上搜索最短路径制导方式。

    我们研制的AGV要求定位精度为±2.5mm,并且能够工作于工业现场,从经济的角度考虑我们采用固定路线电磁制导方式。

    AGV在十字路口处有三条路线可选择,即直行、左拐和右拐,如图1所示。t1.gif (5808 字节)为使之识别出不同的路线,我们采用频率选择法。在三种路线中通过不同频率的电流,AGV可通过频率锁定,读取相应频率的信号,从而沿该路线行走。

    传统的频率选择法由于某一时刻同时存在多种电磁波,因而使频率选择难度较大,电路非常复杂。为此,我们提出分时单频选择法发送正弦波信号,如图2所示。也就是说,在一条路径上即使埋设多根电缆,AGV某一时刻也只能接收到一种频率信号。如果是本机所要接收的频率信号,则进行采样;否则,继续检测。但需要指出的是,频率数的确定有限制,因为频率数越多,巡回检测周期T就越长,容易导致AGV失控。

   t2.gif (9709 字节) 假设能够控制多辆AGV不同时经过不同的路口,那么这种方法允许控制的车辆数恰好等于频率数,而与路线数无关。否则,情况将变得很复杂,这里不予讨论。

    分时复频选择法使制导系统的电路设计大大简化,因而提高了系统的易实现性及其可靠性。下面,我们就频率数等于3的情况进行设计,实践证明我们制作的天线接收装置在3khZ,5kHz,7kHz频率处的线性度最好,所以选取这三种频率作为路线判别频率。

    2 AGV电磁锁相制导系统基本构成

    我们研制的AGV电磁锁相制导系统由四部分组成,如图3所示,t3.gif (6582 字节)包括多路正弦波数字信号发生器,80C196CPU,电磁波强度检测电路和电磁波信号锁定电路。多路正弦波信号发生器以一定的频率分时产生3kHz,5kHz和7kHz的正弦波,不同频率的正弦波代表不同的路线(如果路线简单,路口分支少,可根据实际情况酌减频率数)。由交通控制台事先通知1号AGV沿路线1(对应频率3kHz)行驶时,AGV上的80C196CPU随时检测锁定信号,当检测到3kHz的锁定信号时,就告知CPU,此时CPU立即读取位置偏差信号,从而控制转向电机,使AGV回路原路线上来。同样,也可控制其他AGV沿不同或相同的路线行驶。

    3 多路正弦波数字信号发生器

    多路正弦波信号发生器是分时单频法实现的关键技术。通常实现方法有两种,一种是模拟式,另一种是数字式。模拟式的特点是电路比较简单,但会产生较大的频率漂移;而数字式电路相对比较复杂,但产生的频率信号非常精确,仅由晶振的频率误差决定,只要选择精度较高的晶振就能满足设计要求。为此,考虑采用数字式信号发生器,结构如图4所示,t4.gif (12470 字节)它由单片机最小系统,波形产生电路,D/A转换电路,以及功率放大电路组成。

    单片机最小系统实现不同频率信号数据存储初始地址的设置,接收波形终止地址的复位信号,并定时切换,同时控制负载路线的切换。波形产生电路由时钟电路,分频器,计数器,数据存储器组成,程序存储器中事先存有3kHz,5kHz和7kHz正弦波所对应的数据,计数器以一定的频率使数据存储器的波形数据输出,再经D/A转换电路,功率放大,即可输出至阻性负载,使电缆中通过一定频率的电流。

    该信号发生器的设计,采用了单片机控制,能对不同频率的信号任意切换,波形延迟间隔易于修改,方便灵活,通用性较强。

    4 电磁波强度检测电路

    因被测信号是小车偏离轨道的位置信号,所以需要两路电磁波强度检测电路,当小车沿轨道正中间行驶时,两路检测信号差值为零;当小车偏轨道左边行驶时,两路检测信号差值为正;当小车偏轨道右边行驶时,两路检测信号差值则为负。其原理如图5所示。t5.gif (8989 字节)由于线圈中感应的电磁波为毫伏级正弦波信号,因而需经放大,转换成直流电压,求出信号差值,再送至CPU进行处理,进而控制导向电机。

    经大量实验证明,当检测线圈距地5cm,两线圈中心间距5cm时,磁介质采用铁氧体磁芯φ10×70,线圈骨架为φ10×20,N=2900,这样绕制的线圈比较好。

    需要说明的是,由于音频电磁信号的传播距离很近,这种制导系统只能在导引线较近的距离内制导,本系统为δ=±2.5cm。一旦超出检测范围,制导系统就不起作用,应采取其他措施使AGV回归导引线附近。

    5 电磁波信号锁定电路

    由于我们采用了分时复频法进行路线选择,所以大大简化了电磁波信号锁定电路。该部分原理如图6所示,t6.gif (9881 字节)测向线圈接收到的信号可能是3kHz,也可能是5kHz,7kHz,设三个锁相电路分别锁定3kHz5kHz和7kHz。当测向圈接收到的信号为3kHz,那么状态1就输出1,而状态2和3还是输出0;当测向线圈接收到的信号为5kHz,那么状态2就输出1,而状态1和3还是输出0类推。CPU定时检测这三个状态,如果检测到某一状态为1,则立即读取位置偏差信号,从而控制转向电机。

    综上所述,本文提出分时复频法产生电磁波信号,并运用锁相环电路,从而简化了AGV制导系统的电路设计,该系统能实现复杂路径多辆AGV的控制,功能性实验证明这是一种可行的制导方案,且成本较低。目前,国内已有不少单位正在积极研究AGV,但能够普及到工业应用的寥寥无几,一方面是由于可靠性不够,另一方面就是由于成本太高,作者借本文抛砖引玉,希望我国的产业多些精品,多些国货。

    参考文献

    1 Yoshiaki OdaOsamu NalajimaJiro Hata等.无人搬送シ ステムAGVSの开发.川崎重工技报,1991;108(1): 20~33

    2 G.C.VOSNIKOSA.G.MAMALIST.何静彦节译.FMS中的自动导向小  车系统设计.国外金属加工,1992;(6):50~57

    3 刘有苏,徐嘉模.自动导向车系统方案分析.组合机床与自动化加工技术,1990;(12):17~26

    4 高钟毓.自动导引车动态模型及控制.全国机械控制工程研究会第四届年会论文集.西安:西安交通大学,199281~86

(收稿日期:1999-07-01)

 

 

   

 

 

 

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/sensor/200605/1263.html
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