激光導(dǎo)引AGV系統(tǒng)原理及應(yīng)用

蘆騰飛

【摘 要】自動(dòng)導(dǎo)引小車簡(jiǎn)稱為AGV。它是一類有著電磁特性和光學(xué)特性的自動(dòng)導(dǎo)引裝置。自動(dòng)導(dǎo)引小車有著選擇停車、安全保護(hù)等功能。同時(shí)，它也是現(xiàn)代物流系統(tǒng)當(dāng)中的一個(gè)重要構(gòu)成部分。AGV動(dòng)力源是電池，激光導(dǎo)引是主要的導(dǎo)引方式。它能夠更好的實(shí)現(xiàn)非接觸導(dǎo)引，并且能夠感召實(shí)際的需求來對(duì)移載機(jī)構(gòu)進(jìn)行更換，進(jìn)而對(duì)不同操作任務(wù)進(jìn)行完成。因此，本文激光導(dǎo)引AGV系統(tǒng)基本原理及其特點(diǎn)進(jìn)行分析，并且探討了激光導(dǎo)引系統(tǒng)的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】激光導(dǎo)引;AGV系統(tǒng);原理;應(yīng)用

自動(dòng)導(dǎo)引小車是一類有著光學(xué)和電磁特性的自動(dòng)導(dǎo)引裝置，其有著停車選擇、安全保護(hù)以及小車編程等功能。除此之外，它也是現(xiàn)代物流系統(tǒng)當(dāng)中一個(gè)重要的部分。在工業(yè)應(yīng)用當(dāng)中，AGV的動(dòng)力源是可充電的蓄電池。通常情況下，利用電腦控制運(yùn)行的路線以及行為，或者對(duì)電磁軌道對(duì)運(yùn)行路線進(jìn)行設(shè)置。AGV按照電磁軌道帶來的信息來進(jìn)行對(duì)應(yīng)動(dòng)作[1]。和其他的移動(dòng)機(jī)器人相對(duì)比，AGV有著較高的工作效率以及較強(qiáng)的可控性等特點(diǎn)。和物流運(yùn)輸過程當(dāng)中的其他設(shè)備相比較，AGV不需在活動(dòng)范圍當(dāng)中對(duì)支架等裝置進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)不受場(chǎng)地以及空間的制約[2]。AGV應(yīng)用到自動(dòng)化的物流運(yùn)輸系統(tǒng)當(dāng)中，因?yàn)槠溆兄^高的可控性以及自動(dòng)化等特點(diǎn)。它可以更好的實(shí)現(xiàn)高效的無人生產(chǎn)模式。AGV動(dòng)力源是電池，導(dǎo)引方式含有激光導(dǎo)引、圖像識(shí)別導(dǎo)引、電磁導(dǎo)引以及直接的坐標(biāo)導(dǎo)引等。激光導(dǎo)引是主要的導(dǎo)引方式，其能夠更好的實(shí)現(xiàn)非接觸導(dǎo)引，并且能夠按照實(shí)際的需求來對(duì)移載機(jī)構(gòu)進(jìn)行更換，對(duì)不同的操作任務(wù)進(jìn)行完成。

激光導(dǎo)引AGV系統(tǒng)由地面控制系統(tǒng)、車載控制系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)三部分組成，不同項(xiàng)目對(duì)系統(tǒng)的需求存在差異，也讓系統(tǒng)變得更加復(fù)雜。采用TMS28335芯片作為AGV的控制芯片，在實(shí)際應(yīng)用中能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)AGV的時(shí)時(shí)控制，使AGV沿著預(yù)定的軌道穩(wěn)定運(yùn)行，并且可以通過無線模塊將車體運(yùn)行的相關(guān)信息遠(yuǎn)程發(fā)送給計(jì)算機(jī)，方便現(xiàn)場(chǎng)人員實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)運(yùn)行期間能夠使AGV在出現(xiàn)異常情況時(shí)停車并報(bào)警，將故障信息時(shí)時(shí)傳送給上位機(jī)，為及時(shí)檢修提供幫助，實(shí)現(xiàn)AGV運(yùn)行的智能化。相信隨著社會(huì)生產(chǎn)自動(dòng)化水平的不斷提高，激光導(dǎo)引AGV系統(tǒng)在物流系統(tǒng)中必將發(fā)揮更大的作用[3]。

一、激光導(dǎo)引的基本原理

激光導(dǎo)引是AGV系統(tǒng)中比較常見的導(dǎo)引方式，也是AGV發(fā)展過程中十分重要的一項(xiàng)技術(shù)。除了衛(wèi)星定位系統(tǒng)外，激光導(dǎo)引也是唯一不用地面處理的導(dǎo)引方式。激光導(dǎo)引AGV系統(tǒng)主要由AGV激光掃描器和AGV反射板兩部分組成[3]。首先在AGV設(shè)備中安裝可以接受和發(fā)射激光的掃描器，然后將AGV反射板安裝在導(dǎo)引區(qū)的四周，之后精確測(cè)量每塊發(fā)射板的坐標(biāo)位置，在AGV系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)每塊反射板的信息，根據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)引計(jì)算。激光導(dǎo)引系統(tǒng)中的指定區(qū)域應(yīng)該設(shè)置一定數(shù)量的反射板，保證在AGV的工作區(qū)域內(nèi)探測(cè)出所有反射信息[3]。

AGV進(jìn)入導(dǎo)引區(qū)域后首先應(yīng)該確定其準(zhǔn)確方位，這里就涉及到初始位置計(jì)算。初始位置計(jì)算時(shí)小車必須停止不動(dòng)，保證激光掃描儀測(cè)得的光束大于四條，并且知道各反射板的準(zhǔn)確位置。激光導(dǎo)引的連續(xù)位置計(jì)算一般是根據(jù)小車的當(dāng)前運(yùn)行速度、轉(zhuǎn)向角和間隔時(shí)間等，估算小車下一時(shí)刻的位置。激光掃描器按照固定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的角度為360度，脈沖激光器將激光發(fā)射到發(fā)射板上后，經(jīng)發(fā)射板反射后被激光掃描儀探測(cè)到，將這些信息傳輸給AGV系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)對(duì)信息進(jìn)行分析處理，準(zhǔn)確計(jì)算出AGV的位置和運(yùn)動(dòng)方向，然后和車載控制系統(tǒng)中預(yù)先設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比校正，達(dá)到引導(dǎo)AGV運(yùn)行的目的。

激光導(dǎo)引AGV設(shè)備的工作區(qū)域分為通信區(qū)和非通信區(qū)兩種。在通信區(qū)內(nèi)，AGV設(shè)備通過其車載通信裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)了解其準(zhǔn)確位置和狀態(tài)，并且根據(jù)工作指令動(dòng)作。在非通信區(qū)內(nèi)，AGV設(shè)備根據(jù)設(shè)備中預(yù)先設(shè)定的程序運(yùn)行，不受計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制。

二、激光導(dǎo)引AGV系統(tǒng)的特點(diǎn)

2.1具備先進(jìn)性

激光掃描器的定位精度比較高，一般誤差不大于±5mm;在設(shè)備運(yùn)行布局方面，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可控性更高，并且可以和小車持續(xù)通信;具備無線反饋功能，不受外界干擾，具有強(qiáng)大的內(nèi)部編程系統(tǒng)支持。

2.2適應(yīng)性強(qiáng)

設(shè)備在現(xiàn)有基礎(chǔ)上的安裝能夠和生產(chǎn)同步;設(shè)備擴(kuò)充和停產(chǎn)幾乎不影響生產(chǎn);系統(tǒng)的運(yùn)行路線更復(fù)雜，不依賴地板表面，可以快速改變運(yùn)行方向;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，反射板是唯一的定位裝置。

2.3經(jīng)濟(jì)實(shí)用

不需要在地下埋線，不需要高功率的放大器設(shè)備，反射板的體積小、成本低，數(shù)量不多并且安裝方便。

三、激光導(dǎo)引AGV系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1確定AGV的操作方式與數(shù)量

AGV系統(tǒng)在應(yīng)用過程中首先必須確定操作方式和數(shù)量。可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況以及用戶需求選擇操作方式，常用的操作方式有叉車式、牽引式等。如果遇到特殊情況，一個(gè)系統(tǒng)可以運(yùn)用幾種不同的操作方式。AGV的數(shù)量一般根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)輸能力，運(yùn)用仿真計(jì)算的方式確定。

3.2AGV安全防護(hù)的選用

AGV中除了需要安裝聲光報(bào)警系統(tǒng)外，還應(yīng)該安裝一些障礙探測(cè)器，便于車輛在運(yùn)行路徑中探測(cè)障礙物。常用的探測(cè)方式有超聲波探測(cè)、光電探測(cè)和激光掃描探測(cè)等。激光掃描探測(cè)具有更大的優(yōu)勢(shì)，但成本較高，光電探測(cè)簡(jiǎn)單實(shí)用，但探測(cè)效果不佳，因此工作人員應(yīng)該根據(jù)具體情況合理選用。

3.3AGV通信方式的選擇

激光導(dǎo)引AGV系統(tǒng)中的通信方式一般為無線數(shù)字通信，通信頻率根據(jù)相關(guān)規(guī)定選擇，每臺(tái)AGV設(shè)備和系統(tǒng)輪流循環(huán)通信。無線數(shù)字設(shè)備的通信速度決定了輪流循環(huán)通信的速度，但也限制了同一頻率下AGV的數(shù)量。

3.4AGV中反射板的設(shè)置和路徑規(guī)劃

AGV中反射板的設(shè)置，應(yīng)該根據(jù)設(shè)備行駛區(qū)域的具體情況進(jìn)行安裝，安裝數(shù)量遵循安全、準(zhǔn)確的原則。反射板設(shè)置過少不利于安全導(dǎo)引，設(shè)置過多也會(huì)影響導(dǎo)引的精度。AGV的路徑規(guī)劃屬于基礎(chǔ)性的工作，通常和系統(tǒng)的總體方案一起確定，在規(guī)劃過程中應(yīng)該結(jié)合AGV的數(shù)量、操作方式等信息，以及運(yùn)行場(chǎng)所的具體情況，盡量保障AGV的運(yùn)行路徑暢通。

3.5AGV的車輛調(diào)度和任務(wù)管理

AGV系統(tǒng)一般根據(jù)計(jì)算機(jī)設(shè)置的任務(wù)量、小車的位置等進(jìn)行車輛調(diào)度，以此優(yōu)化車輛分配。AGV的優(yōu)化計(jì)算是連續(xù)的，如果某臺(tái)AGV被選擇后沒有分配任務(wù)，在其運(yùn)行期間可以選擇優(yōu)化后的AGV完成相應(yīng)任務(wù)。如果AGV執(zhí)行的任務(wù)較多，計(jì)算機(jī)會(huì)將任務(wù)命令儲(chǔ)存起來，等到有空閑AGV再按順序分配任務(wù)。

四、結(jié)束語(yǔ)

激光導(dǎo)引AGV系統(tǒng)是將多種高新技術(shù)結(jié)合在一起的輸送系統(tǒng)，具有智能化、自動(dòng)化和柔性化的優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)靈活、高效的無人生產(chǎn)模式。采用TMS28335芯片作為AGV的控制芯片，在實(shí)際應(yīng)用中能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)AGV的時(shí)時(shí)控制，使AGV沿著預(yù)定的軌道穩(wěn)定運(yùn)行，并且可以通過無線模塊將車體運(yùn)行的相關(guān)信息遠(yuǎn)程發(fā)送給計(jì)算機(jī)，方便現(xiàn)場(chǎng)人員實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)運(yùn)行期間能夠使AGV在出現(xiàn)異常情況時(shí)停車并報(bào)警，將故障信息時(shí)時(shí)傳送給上位機(jī)，為及時(shí)檢修提供幫助，實(shí)現(xiàn)AGV運(yùn)行的智能化。相信隨著社會(huì)生產(chǎn)自動(dòng)化水平的不斷提高，激光導(dǎo)引AGV系統(tǒng)在物流系統(tǒng)中必將發(fā)揮更大的作用。

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