王書劍，周詩薇，鄧文兵，方凱

（湖北汽車工業(yè)學院電氣與信息工程學院，湖北 十堰 442002）

1 引言

自動引導小車（AGV）是伴隨著柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)、自動化立體倉庫而產生并發(fā)展起來的自動化物流裝備[1]。

隨著企業(yè)對于大型設備以及產品的物流運輸要求越來越嚴格，AGV的構造和功能也發(fā)生翻天覆地的變化。為了能夠滿足企業(yè)對于運輸大型設備以及產品的需求，需要一種重載式AGV。重載式AGV運輸小車有電磁或光學等自動導引裝置，它能夠沿規(guī)定的導引路徑行駛，具有安全保護以及各種移載功能的運輸車，相比普通的AGV小車更為實用[2]。

2 設計任務

本課題設計了一種小型重載AGV運輸小車，以32位微控制器MK60DN512VLQ10為核心控制單元，采用電感線圈獲取道路信息，通過設計PID速度控制器和PID方向控制器實時調整AGV運輸小車的自動導向與轉角。系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 AGV系統(tǒng)結構圖

系統(tǒng)包括電磁傳感器導引模塊、核心控制K60模塊、驅動模塊、電源模塊?？刂乒δ苣K如圖2所示。

3 AVG運輸小車的設計

3.1 控制系統(tǒng)

圖2 AGV控制模塊圖

①電磁傳感器導引模塊：選用三極管和LM324芯片進行兩級放大，在該模塊中對采集到的信息進行處理，以此信息來判斷當前AVG運輸小車行車路徑的變化趨勢和AVG運輸小車當前速度轉角的信息[3]。將處理得到的信息傳給單片機以決定相應控制決策。②核心控制K60模塊：K60單片機是系統(tǒng)的核心部分。它負責接收行車路徑信息數據，AGV運輸小車的速度等反饋信息，并對這些信息進行恰當的處理，形成合適的控制量來驅動電機進行控制。③驅動模塊：在該模塊中包括了驅動電機和舵機，當接收到單片機的命令后執(zhí)行相應的操作，同時信息采集模塊又采集到電機和舵機的狀態(tài)信息，反饋給單片機[4]。從而整個系統(tǒng)能夠形成一個閉環(huán)，保證了AGV運輸小車的準確導引。④電源模塊：提供AVG小車運行中各個部件的動力。

3.2 機械平臺

AVG運輸小車的機械結構包括AVG運輸小車車體、電磁導引傳感器、編碼器、舵機和電機。

①電磁傳感器。電磁傳感器主要考慮的問題有：固定電磁傳感器的材料，安裝位置和安裝高度[5]。固定材料選擇了硬度較好而且使用靈活的三通塑料連件。安裝位置剛開始我們把傳感器支架固定在車的前半部分，導致傳感器支架擺動在高速是晃動，并使得小車重心靠前。經過多次反復的實驗最終確定了傳感器離地面的高度為11cm，支架固定在車體的后部。②速度編碼器。采用龍邱編碼器，安裝時應注意調整好齒輪間隙。齒輪傳動機構對車模的驅動能力有很大的影響。齒輪傳動部分安裝位置的不恰當，會大大增加電機驅動后輪的負載。調整的原則是：兩傳動齒輪軸保持平行,齒輪間的配合間隙要合適，過松容易打壞齒輪，過緊又會增加傳動阻力，浪費動力；傳動部分要輕松、順暢，不能有遲滯或周期性振動的現象。判斷齒輪傳動是否良好的依據是，聽一下電機帶動后輪空轉時的聲音。聲音刺耳響亮，說明齒輪間的配合間隙過大，傳動中有撞齒現象；聲音悶而且有遲滯，則說明齒輪間的配合間隙過小，或者兩齒輪軸不平行，電機負載變大。調整好的齒輪傳動噪音很小，并且不會有碰撞類的雜音，后輪減速齒輪機構就基本上調整好了。③小車車體。小車車體設計中，關鍵是重心的調整，包括重心高度的調整和前后的調整。重心的高度是影響小型重載AGV運輸小車穩(wěn)定性的因素之一。當重心高度偏高時，AGV運輸小車在轉彎過程中會不穩(wěn)定。合理的底盤剛度和底盤高度調節(jié)會提高小型重載AGV運輸小車的加速性能。AGV運輸小車的重心應該保持較低，降低地盤是實現重心下降的較為直接的方式[6]。

3.3 程序設計

軟件設計需要配置單片機各個模塊寄存器數值，使單片機各個模塊正常工作。初始化中包括：單片機時鐘配置、I/O口配置、PWM模塊配置、A/D模塊配置、PIT實時中斷配置、脈沖捕捉模塊配置[7]。當初始化完畢后，開始對傳感器輸入信號進行采樣，當完成一次采樣后將采樣值輸入控制算法，控制算法經過PID調節(jié)，得到實際控制的電機速度，通過改變PWM模塊內部寄存器數值可以得到不同占空比的方波信號，實現電機的調節(jié)與控制。

總體程序流程圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件流程圖

4 結論

本課題設計了小型重載AGV運輸小車，是以微控制器為控制核心、蓄電池為動力、裝有非接觸導引裝置的無人駕駛自動導引運輸車，其自動作業(yè)的基本功能是導向行駛、認址停準和移交載荷。作為物流處理自動化的有效手段和柔性制造系統(tǒng)的關鍵設備，AGV自動導引小車系統(tǒng)結構一般由機械部分、控制部分以及信息處理部分構成。本設計實現了小車自動按設定的軌跡行走，能夠在柔性制造系統(tǒng)中自動運輸工件。