隨著工廠生產的綜合自動化，物流系統的發展也十分引人注目。以計算機和智能化技術相結合的AGV(Automated Guided Vehicle，即自導輸送車)，已成為生產系統自動化的重要環節。它不僅在FA、FMS中有廣泛的應用，而且在服務行業和流通領域，以及辦公自動化方面也逐漸活躍起來。制導技術是AGV控制的關鍵技術，它決定了AGV的控制精度。
1 AGV電磁鎖相制導方案
　　AGV的制導方式按有無導引路線分為三種，一是有固定路線的方式，包括電磁制導方式、光學控制帶制導方式和激光制導方式；二是半固定路線的方式，包括標記跟蹤方式和磁力制導方式；三是無路線方式，包括地面幫助制導方式、用地圖上的路線指令制導方式和在地圖上搜索最短路徑制導方式。
　　我們研制的AGV要求定位精度為±2.5mm，并且能夠工作于工業現場，從經濟的角度考慮我們采用固定路線電磁制導方式。
　　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。為使之識別出不同的路線，我們采用頻率選擇法。在三種路線中通過不同頻率的電流，AGV可通過頻率鎖定，讀取相應頻率的信號，從而沿該路線行走。

　　傳統的頻率選擇法由于某一時刻同時存在多種電磁波，因而使頻率選擇難度較大，電路非常復雜。為此，我們提出分時單頻選擇法發送正弦波信號，如圖2所示。也就是說，在一條路徑上即使埋設多根電纜，AGV某一時刻也只能接收到一種頻率信號。如果是本機所要接收的頻率信號，則進行采樣；否則，繼續檢測。但需要指出的是，頻率數的確定有限制，因為頻率數越多，巡回檢測周期T就越長，容易導致AGV失控。

　　假設能夠控制多輛AGV不同時經過不同的路口，那么這種方法允許控制的車輛數恰好等于頻率數，而與路線數無關。否則，情況將變得很復雜，這里不予討論。
　　分時復頻選擇法使制導系統的電路設計大大簡化，因而提高了系統的易實現性及其可靠性。下面，我們就頻率數等于3的情況進行設計，實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電磁鎖相制導系統基本構成
　　我們研制的AGV電磁鎖相制導系統由四部分組成，如圖3所示，包括多路正弦波數字信號發生器，80C196CPU，電磁波強度檢測電路和電磁波信號鎖定電路。多路正弦波信號發生器以一定的頻率分時產生3kHz，5kHz和7kHz的正弦波，不同頻率的正弦波代表不同的路線(如果路線簡單，路口分支少，可根據實際情況酌減頻率數)。由交通控制臺事先通知1號AGV沿路線1(對應頻率3kHz)行駛時，AGV上的80C196CPU隨時檢測鎖定信號，當檢測到3kHz的鎖定信號時，就告知CPU，此時CPU立即讀取位置偏差信號，從而控制轉向電機，使AGV回路原路線上來。同樣，也可控制其他AGV沿不同或相同的路線行駛。

3 多路正弦波數字信號發生器
　　多路正弦波信號發生器是分時單頻法實現的關鍵技術。通常實現方法有兩種，一種是模擬式，另一種是數字式。模擬式的特點是電路比較簡單，但會產生較大的頻率漂移；而數字式電路相對比較復雜，但產生的頻率信號非常精確，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計要求。為此，考慮采用數字式信號發生器，結構如圖4所示，它由單片機最小系統，波形產生電路，D/A轉換電路，以及功率放大電路組成。

　　單片機最小系統實現不同頻率信號數據存儲初始地址的設置，接收波形終止地址的復位信號，并定時切換，同時控制負載路線的切換。波形產生電路由時鐘電路，分頻器，計數器，數據存儲器組成，程序存儲器中事先存有3kHz，5kHz和7kHz正弦波所對應的數據，計數器以一定的頻率使數據存儲器的波形數據輸出，再經D/A轉換電路，功率放大，即可輸出至阻性負載，使電纜中通過一定頻率的電流。
　　該信號發生器的設計，采用了單片機控制，能對不同頻率的信號任意切換，波形延遲間隔易于修改，方便靈活，通用性較強。
4 電磁波強度檢測電路
　　因被測信號是小車偏離軌道的位置信號，所以需要兩路電磁波強度檢測電路，當小車沿軌道正中間行駛時，兩路檢測信號差值為零；當小車偏軌道左邊行駛時，兩路檢測信號差值為正；當小車偏軌道右邊行駛時，兩路檢測信號差值則為負。其原理如圖5所示。由于線圈中感應的電磁波為毫伏級正弦波信號，因而需經放大，轉換成直流電壓，求出信號差值，再送至CPU進行處理，進而控制導向電機。

　　經大量實驗證明，當檢測線圈距地5cm，兩線圈中心間距5cm時，磁介質采用鐵氧體磁芯φ10×70，線圈骨架為φ10×20，N＝2900，這樣繞制的線圈比較好。
　　需要說明的是，由于音頻電磁信號的傳播距離很近，這種制導系統只能在導引線較近的距離內制導，本系統為δ＝±2.5cm。一旦超出檢測范圍，制導系統就不起作用，應采取其他措施使AGV回歸導引線附近。
5 電磁波信號鎖定電路
　　由于我們采用了分時復頻法進行路線選擇，所以大大簡化了電磁波信號鎖定電路。該部分原理如圖6所示，測向線圈接收到的信號可能是3kHz，也可能是5kHz，7kHz，設三個鎖相電路分別鎖定3kHz,5kHz和7kHz。當測向圈接收到的信號為3kHz，那么狀態1就輸出1，而狀態2和3還是輸出0；當測向線圈接收到的信號為5kHz，那么狀態2就輸出1，而狀態1和3還是輸出0；依此類推。CPU定時檢測這三個狀態，如果檢測到某一狀態為1，則立即讀取位置偏差信號，從而控制轉向電機。

　　綜上所述，本文提出分時復頻法產生電磁波信號，并運用鎖相環電路，從而簡化了AGV制導系統的電路設計，該系統能實現復雜路徑多輛AGV的控制，功能性實驗證明這是一種可行的制導方案，且成本較低。目前，國內已有不少單位正在積極研究AGV，但能夠普及到工業應用的寥寥無幾，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，希望我國的產業多些精品，多些國貨。
參考文獻
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