摘 要： 制導(dǎo)技術(shù)是AGV控制的關(guān)鍵技術(shù)，本文提出了AGV電磁鎖相制導(dǎo)方案，采用分時(shí)復(fù)頻法產(chǎn)生電磁波信號(hào)，設(shè)計(jì)出AGV電磁鎖相制導(dǎo)系統(tǒng)，并進(jìn)行了功能性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)證明這是一種經(jīng)濟(jì)可行的AGV制導(dǎo)方案，可適用于復(fù)雜路線多輛AGV的制導(dǎo)控制。
關(guān)鍵詞： 分時(shí)復(fù)頻選擇法 鎖相 制導(dǎo) AGV
隨著工廠生產(chǎn)的綜合自動(dòng)化，物流系統(tǒng)的發(fā)展也十分引人注目。以計(jì)算機(jī)和智能化技術(shù)相結(jié)合的AGV(Automated Guided Vehicle，即自導(dǎo)輸送車)，已成為生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化的重要環(huán)節(jié)。它不僅在FA、FMS中有廣泛的應(yīng)用，而且在服務(wù)行業(yè)和流通領(lǐng)域，以及辦公自動(dòng)化方面也逐漸活躍起來(lái)。制導(dǎo)技術(shù)是AGV控制的關(guān)鍵技術(shù)，它決定了AGV的控制精度。
1 AGV電磁鎖相制導(dǎo)方案
AGV的制導(dǎo)方式按有無(wú)導(dǎo)引路線分為三種，一是有固定路線的方式，包括電磁制導(dǎo)方式、光學(xué)控制帶制導(dǎo)方式和激光制導(dǎo)方式；二是半固定路線的方式，包括標(biāo)記跟蹤方式和磁力制導(dǎo)方式；三是無(wú)路線方式，包括地面幫助制導(dǎo)方式、用地圖上的路線指令制導(dǎo)方式和在地圖上搜索最短路徑制導(dǎo)方式。
我們研制的AGV要求定位精度為±2.5mm，并且能夠工作于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，從經(jīng)濟(jì)的角度考慮我們采用固定路線電磁制導(dǎo)方式。
AGV在十字路口處有三條路線可選擇，即直行、左拐和右拐，如圖1所示。為使之識(shí)別出不同的路線，我們采用頻率選擇法。在三種路線中通過(guò)不同頻率的電流，AGV可通過(guò)頻率鎖定，讀取相應(yīng)頻率的信號(hào)，從而沿該路線行走。
傳統(tǒng)的頻率選擇法由于某一時(shí)刻同時(shí)存在多種電磁波，因而使頻率選擇難度較大，電路非常復(fù)雜。為此，我們提出分時(shí)單頻選擇法發(fā)送正弦波信號(hào)，如圖2所示。也就是說(shuō)，在一條路徑上即使埋設(shè)多根電纜，AGV某一時(shí)刻也只能接收到一種頻率信號(hào)。如果是本機(jī)所要接收的頻率信號(hào)，則進(jìn)行采樣；否則，繼續(xù)檢測(cè)。但需要指出的是，頻率數(shù)的確定有限制，因?yàn)轭l率數(shù)越多，巡回檢測(cè)周期T就越長(zhǎng)，容易導(dǎo)致AGV失控。
假設(shè)能夠控制多輛AGV不同時(shí)經(jīng)過(guò)不同的路口，那么這種方法允許控制的車輛數(shù)恰好等于頻率數(shù)，而與路線數(shù)無(wú)關(guān)。否則，情況將變得很復(fù)雜，這里不予討論。
分時(shí)復(fù)頻選擇法使制導(dǎo)系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化，因而提高了系統(tǒng)的易實(shí)現(xiàn)性及其可靠性。下面，我們就頻率數(shù)等于3的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)踐證明我們制作的天線接收裝置在3kHz，5kHz，7kHz頻率處的線性度最好，所以選取這三種頻率作為路線判別頻率。
2 AGV電磁鎖相制導(dǎo)系統(tǒng)基本構(gòu)成
我們研制的AGV電磁鎖相制導(dǎo)系統(tǒng)由四部分組成，如圖3所示，包括多路正弦波數(shù)字信號(hào)發(fā)生器，80C196CPU，電磁波強(qiáng)度檢測(cè)電路和電磁波信號(hào)鎖定電路。多路正弦波信號(hào)發(fā)生器以一定的頻率分時(shí)產(chǎn)生3kHz，5kHz和7kHz的正弦波，不同頻率的正弦波代表不同的路線(如果路線簡(jiǎn)單，路口分支少，可根據(jù)實(shí)際情況酌減頻率數(shù))。由交通控制臺(tái)事先通知1號(hào)AGV沿路線1(對(duì)應(yīng)頻率3kHz)行駛時(shí)，AGV上的80C196CPU隨時(shí)檢測(cè)鎖定信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到3kHz的鎖定信號(hào)時(shí)，就告知CPU，此時(shí)CPU立即讀取位置偏差信號(hào)，從而控制轉(zhuǎn)向電機(jī)，使AGV回路原路線上來(lái)。同樣，也可控制其他AGV沿不同或相同的路線行駛。
3 多路正弦波數(shù)字信號(hào)發(fā)生器
多路正弦波信號(hào)發(fā)生器是分時(shí)單頻法實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。通常實(shí)現(xiàn)方法有兩種，一種是模擬式，另一種是數(shù)字式。模擬式的特點(diǎn)是電路比較簡(jiǎn)單，但會(huì)產(chǎn)生較大的頻率漂移；而數(shù)字式電路相對(duì)比較復(fù)雜，但產(chǎn)生的頻率信號(hào)非常精確，僅由晶振的頻率誤差決定，只要選擇精度較高的晶振就能滿足設(shè)計(jì)要求。為此，考慮采用數(shù)字式信號(hào)發(fā)生器，結(jié)構(gòu)如圖4所示，它由單片機(jī)最小系統(tǒng)，波形產(chǎn)生電路，D/A轉(zhuǎn)換電路，以及功率放大電路組成。
單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同頻率信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)初始地址的設(shè)置，接收波形終止地址的復(fù)位信號(hào)，并定時(shí)切換，同時(shí)控制負(fù)載路線的切換。波形產(chǎn)生電路由時(shí)鐘電路，分頻器，計(jì)數(shù)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組成，程序存儲(chǔ)器中事先存有3kHz，5kHz和7kHz正弦波所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，計(jì)數(shù)器以一定的頻率使數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的波形數(shù)據(jù)輸出，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換電路，功率放大，即可輸出至阻性負(fù)載，使電纜中通過(guò)一定頻率的電流。
該信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，采用了單片機(jī)控制，能對(duì)不同頻率的信號(hào)任意切換，波形延遲間隔易于修改，方便靈活，通用性較強(qiáng)。
4 電磁波強(qiáng)度檢測(cè)電路
因被測(cè)信號(hào)是小車偏離軌道的位置信號(hào)，所以需要兩路電磁波強(qiáng)度檢測(cè)電路，當(dāng)小車沿軌道正中間行駛時(shí)，兩路檢測(cè)信號(hào)差值為零；當(dāng)小車偏軌道左邊行駛時(shí)，兩路檢測(cè)信號(hào)差值為正；當(dāng)小車偏軌道右邊行駛時(shí)，兩路檢測(cè)信號(hào)差值則為負(fù)。其原理如圖5所示。由于線圈中感應(yīng)的電磁波為毫伏級(jí)正弦波信號(hào)，因而需經(jīng)放大，轉(zhuǎn)換成直流電壓，求出信號(hào)差值，再送至CPU進(jìn)行處理，進(jìn)而控制導(dǎo)向電機(jī)。
經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)檢測(cè)線圈距地5cm，兩線圈中心間距5cm時(shí)，磁介質(zhì)采用鐵氧體磁芯φ10×70，線圈骨架為φ10×20，N＝2900，這樣繞制的線圈比較好。
需要說(shuō)明的是，由于音頻電磁信號(hào)的傳播距離很近，這種制導(dǎo)系統(tǒng)只能在導(dǎo)引線較近的距離內(nèi)制導(dǎo)，本系統(tǒng)為δ＝±2.5cm。一旦超出檢測(cè)范圍，制導(dǎo)系統(tǒng)就不起作用，應(yīng)采取其他措施使AGV回歸導(dǎo)引線附近。
5 電磁波信號(hào)鎖定電路
由于我們采用了分時(shí)復(fù)頻法進(jìn)行路線選擇，所以大大簡(jiǎn)化了電磁波信號(hào)鎖定電路。該部分原理如圖6所示，測(cè)向線圈接收到的信號(hào)可能是3kHz，也可能是5kHz，7kHz，設(shè)三個(gè)鎖相電路分別鎖定3kHz,5kHz和7kHz。當(dāng)測(cè)向圈接收到的信號(hào)為3kHz，那么狀態(tài)1就輸出1，而狀態(tài)2和3還是輸出0；當(dāng)測(cè)向線圈接收到的信號(hào)為5kHz，那么狀態(tài)2就輸出1，而狀態(tài)1和3還是輸出0；依此類推。CPU定時(shí)檢測(cè)這三個(gè)狀態(tài)，如果檢測(cè)到某一狀態(tài)為1，則立即讀取位置偏差信號(hào)，從而控制轉(zhuǎn)向電機(jī)。
綜上所述，本文提出分時(shí)復(fù)頻法產(chǎn)生電磁波信號(hào)，并運(yùn)用鎖相環(huán)電路，從而簡(jiǎn)化了AGV制導(dǎo)系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜路徑多輛AGV的控制，功能性實(shí)驗(yàn)證明這是一種可行的制導(dǎo)方案，且成本較低。目前，國(guó)內(nèi)已有不少單位正在積極研究AGV，但能夠普及到工業(yè)應(yīng)用的寥寥無(wú)幾，一方面是由于可靠性不夠，另一方面就是由于成本太高，作者借本文拋磚引玉，希望我國(guó)的產(chǎn)業(yè)多些精品，多些國(guó)貨。
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