AGV磁导航设计方案

AGV搬运机器人设计方案

AGV即自动导向小车（Automated Guided Vehicle）被作为搬运机器人广泛使用，应用于自动化仓储系统、柔性搬运系统和柔性装配系统等物流系统。AGV 是以蓄电池作为电源，用某种导航方式控制其运行路线的自动化智能搬运设备。

AGV 具有良好的柔性和较高的可靠性，能够减少工厂对劳动力的需求，提高产品设备在运输中的安全性且安装容易，维护方便。在AGV 的应用环境中，往往由多台AGV 组成自动导向小车系统，该系统是由AGV、导引系统、管理系统、通信系统、停靠工位以及充电工位等组成的自动化AGVs 系统。AGVs 的上位机管理系统通过通信系统与系统内的AGV 通信，优化AGV 的作业过程、控制AGV 的运行路线、制定AGV 的搬运计划和监控AGV 的运行状态。AGVs 易于和其他自动化系统集成，容易扩展。

1、AGV导引方式

1）视觉导航

视觉导引是在AGV 的运行路径上设置导向标线，通过装在AGV 上的摄像机系统动态地获取导向标线图像，计算AGV 相对于标线的距离和角度偏差，从而控制AGV 沿着标线运行的导引方式。该种导引方式精度较高，路径变更容易，但对地面洁净度有一定要求，同时成本相对较高。

2）磁导航

磁导航被认为是一项非常有应用前景的技术，主要通过测量路径上的磁场信号来获取车辆自身相对于目标跟踪路径之间的位置偏差，从而实现车辆的控制及导航。磁导航具有很高的测量精度及良好的重复性，磁导航不易受光线变化等的

影响，在运行过程中，磁传感系统具有很高的可靠性和鲁棒性。磁条一旦铺设好后，维护费用非常低，使用寿命长，且增设、变更路径较容易。

2、AGV组成单元

磁导航AGV 系统的技术构成如图1所示。主要包括导向单元、驱动单元、车体、移载单元、供电单元、安全辅助单元，站点识别单元，通讯单元和主控单元。其中导向单元、驱动单元和主控单元是AGV 技术的核心技术。

图1 磁导航AGV 系统技术构成图

1）导向单元

导向单元采用磁导航传感器，安装在AGV 车体前方的底部，磁导航传感器利用其内置的6个采样点，能够检测出磁条上方一定程度的微弱磁场，每一个采样点都有一路信号对应输出，当采样点采集到磁场信号时，该路信号就会输出低电平，而没有采集到磁场信号的信号输出则为高电平。AGV 运行时，磁导航传感器内部垂直于磁条上方的连续1~3 个采样点会输出信号，依靠输出的这几路信号，可以判断磁条相对于磁导航传感器的偏离位置，当AGV 的行驶与导引轨迹一致时，由于此时磁导航传感器正好处于磁条轨迹的上方，传感器正中间的检测元件测得的磁感应强度最大，因而中间的霍尔开关传感器输出低电平信号，控

制器I/O 口采集到这几路信号，比较发现当前AGV 处于路径中间，控制器将不对该输出信号进行处理，AGV 保持原行驶轨迹；当AGV偏离磁条轨迹时，由于检测到最大磁感应强度的霍尔开关传感器不再处于磁导航传感器的中间，传感器将该低电平信号输出至控制器，控制器I/O 口采集到这几路低电平信号，比较发现当前AGV 位置与路径位置有所偏差，据此AGV 控制系统自动做出调整，控制电机驱动器，使电机差速纠偏，确保AGV 沿磁条前进。磁导航原理图如下图2所示。

图2 磁导航传感器原理

2）驱动单元

AGV 驱动单元的性能直接决定了AGV 的车体运动性能。驱动单元主要包括驱动电机、电机驱动器、差速控制系统和减速刹车系统。电机驱动器由主控单元控制，接收主控单元发出的控制信号，继而控制驱动电机做出相应的加减速以及刹车等动作，驱动电机的性能参数直接决定了AGV 的动力性能。差速控制系统好坏能够影响AGV 行走特别是转向时的平稳度与运行精度。

3）车体单元

采用后轮作为驱动轮，分别由两个电机驱动；前、后轮作为万向轮，只起支撑作用，随本体而动。该结构转向依靠后两个驱动轮差速完成，转弯中心位于两驱动轮之间，能实现零转弯半径转弯，转弯控制精度高。该机构结构简单，便于控制，是目前应用最多的一种轮式移动机构。在前后设计安装两自由轮保持整车平衡，同时也提高AGV整体载荷能力。AGV轮式移动结构如下图3所示。

图3 轮式移动驱动结构

AGV车架主要功能是进行货物承载，安放各种AGV部件，如驱动电机，系统电路、供电电池以及检测用的传感器等。因此车架应该包含可以放置控制电路的空间、用户操作界面和运载货物的平台。

4）供电单元

供电单元用以给主控单元、导向单元、驱动单元、移载机构等设备提供电能，是AGV一切设备正常运行的保证，一般包括蓄电池、电压隔离模块、电压采集系统。蓄电池为一般的工业蓄电池或者汽车蓄电池，一般要求能够保证8 小时

连续工作时间。

电压采集模块通过A/D 转换，实时采集当前AGV 电源电量，并将电压值反馈至控制器，由控制器来监控当前电压。当控制器发现当前电源电压值即将低于正常工作电压时，将该信息反馈给地面控制中心上位机，同时AGV 报警显示电量不足，并在完成当前任务后自行回到充电站充电，当AGV 充电完成后，解除报警信号并通知上位机，回到正常运行路径并接受来自上位机的任务指令。

5）移载单元

移载装置是为了满足各种生产线上物件的分流、合流、移送、转向和搬运功能的一种装置。而在物流生产线中实现AGV 与移载机构的结合能够达到物流顺畅、路径最优、时间最短、速度最快以及效率最高的目的。

采用叉车式AGV实现移载，货物通过AGV 倒车装卸，能够在高低差很大的站台以及地面间装卸货物，在使用多层货架或者驶入式巷道的仓库中装卸货物具有得天独厚的优势，车身窄，重心低，作业灵活，适用范围广。初步选用侧叉式AGV ，如下图4所示。其安装有两级或者三级传动比例的伸缩叉，工位上设有站台，站台上安装有无动力的台架，当AGV 到达指定工位后停靠在站台一侧，利用升降机构实现伸缩叉与货物的离合，从而实现货物的装卸。侧叉式AGV 安全性好，移载原理比较简单，货物能够通过伸缩叉装卸且能在不同高度站台作业。