摘要：用RGB傳感器制導(dǎo)的AGV具有控制簡單、制造成本低等特點，可利用其行走策略的規(guī)劃來彌補(bǔ)它的行走精度等問題，并且盡量減少傳感器的數(shù)量體現(xiàn)它的特點。
關(guān)鍵詞：路徑規(guī)劃；行走策略；RGB傳感器；AGV

一、概述
        自主導(dǎo)航輪式機(jī)器人（AGV）是上世紀(jì)50年代發(fā)展起來的智能搬運(yùn)(裝配)型機(jī)器人。AGV是現(xiàn)代工業(yè)自動化物流系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，它是以電池為動力，裝備電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)航裝置，能夠獨立自動尋址，并通過計算機(jī)系統(tǒng)控制，完成無人駕駛及作業(yè)的設(shè)備。AGV一般采用輪式驅(qū)動，具有電動車的特征。AGV小車能在地面控制系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度下，自動搬運(yùn)貨物，實現(xiàn)自動化的物料傳送。因其具有靈活性、智能化等特點，能夠方便地重組系統(tǒng)，達(dá)到生產(chǎn)過程中的柔性化運(yùn)輸之目的。較之傳統(tǒng)的人工或半人工的物料輸送方式，AGV系統(tǒng)大大減輕了勞動強(qiáng)度和危險性，提高了工作效率，在機(jī)械、電子、紡織、卷煙、醫(yī)療、食品、造紙等行業(yè)都可以發(fā)揮作用。
         AGV導(dǎo)航系統(tǒng)的功能是保證AGV小車沿正確路徑行走,并保證一定行走精度。AGV的制導(dǎo)方式之一是有導(dǎo)引路線（固定路線）的方式，而固定路線的導(dǎo)引方式之一是光學(xué)控制帶制導(dǎo)方式，它利用地面顏色與導(dǎo)航帶顏色的反差來識別,如在深顏色的地面上導(dǎo)航帶為白色。AGV上裝有顏色(RGB)傳感器,均勻分布跟隨在導(dǎo)航帶及兩側(cè)位置上,檢測不同的組合信號，以控制AGV的方向,使其跟蹤路軌。可以采用模糊控制算法對小車進(jìn)行控制。光學(xué)控制帶制導(dǎo)方式采用RGB傳感器作為AGV的信號輸入端，具有計算控制簡單、元器件成本低等特點及足夠的響應(yīng)速度和控制精度。
        在自動化車間、立體倉庫等倉儲物流系統(tǒng)中,AGV一般以室內(nèi)平地簡單路徑行走為主,針對這種情況,本文研究了以RGB傳感器導(dǎo)航AGV的行走控制策略問題。

二、傳感器的布局
         首先，本研究的AGV是一采用兩輪獨立驅(qū)動差速轉(zhuǎn)向的三輪實驗小車，兩輪差速轉(zhuǎn)向是將兩驅(qū)動輪同軸線獨立地固定于車體的兩側(cè)，通過調(diào)速控制使兩驅(qū)動輪產(chǎn)生不同的速度來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。在小車車體縱軸線前方裝有一個萬向輪，形成一個三輪小車的AGV，見圖1所示。

        為了使AGV控制簡單、制造成本低。最初，所有RGB傳感器都被布置在小車底盤區(qū)域內(nèi)，把傳感器分為兩組，沿底盤縱軸線兩側(cè)對稱布置，而且可沿底盤縱、橫軸線方向進(jìn)行調(diào)整、固定，經(jīng)過反復(fù)試驗，效果均不理想。后來，將兩組傳感器移至底盤區(qū)域外布置才滿足行走要求，如圖1所示。這種傳感器布局分為前、中兩組，每組兩個傳感器。前置傳感器位于底盤前端，且為縱軸對稱布置，它離橫軸較遠(yuǎn)是為了使小車行走有足夠的調(diào)整距離，在前置傳感器探測到離開白線的時候，偏離角度較小，可以很快糾正過來。中置傳感器位于底盤中部的橫軸上，相對于縱軸對稱。
        本研究的實驗場地模擬物流倉庫的室內(nèi)運(yùn)輸條件, 具有直線路徑、彎道、岔路口、進(jìn)入工作站等典型平面路徑。其白色導(dǎo)航帶寬度為100毫米。

三、典型路徑行走策略劃分
AGV的行走策略按照典型路徑情況，分為直線路徑行走策略、岔路口、彎道行走策略和進(jìn)入工作站行走策略。
1. 直線路徑行走策略
1）小車是否沿著直線路徑（白線）行走，由前置傳感器探測。正常情況如圖2a)所示。前置傳感器都在100mm的白線上，則小車沿著直線路徑（白線）行走。
2）在行走中，如果有一個前置傳感器偏出探測不到白線。如圖2b)所示，如前置左側(cè)傳感器探測不到白線，而右側(cè)傳感器探測到白線，則認(rèn)為小車偏左，糾正方法是使小車右側(cè)電機(jī)減速，左側(cè)電機(jī)加速，使得兩個前置傳感器回到白線位置。若小車偏右，可采用類似方法處理。

a) b) c)
圖2 小車直線路徑行走示意圖
3）如果兩個前置傳感器都在白線外，如圖2c)所示，這種情況一般是傳感器的出現(xiàn)誤判。因為若一個前置傳感器偏離白線，用2）的方法就能把小車糾正過來，根據(jù)實驗結(jié)果，當(dāng)一個前置傳感器偏離白線的角度在5°以內(nèi)，都能自動糾正過來。通常小車的兩個電機(jī)同向轉(zhuǎn)動，由于速度的同步性誤差回造成小車行走方向有少量偏差，傳感器已經(jīng)會略微偏出白線。如果傳感器出現(xiàn)誤判，會造成兩個前置傳感器都在白線外，此時，小車?yán)^續(xù)前行，可由中置傳感器檢測到白線后，根據(jù)時間的長短來判定（與彎道的情況區(qū)分開來），令小車向探測到白線的那一個中置傳感器方向轉(zhuǎn)彎，直到兩個前置傳感器回到白線上，此時，耽誤的時間會略長些。
2. 岔路口、彎道行走策略

1）根據(jù)中置傳感器以及路口次序確定。前置傳感器跟隨著白色導(dǎo)航線行走，在小車前方出現(xiàn)岔路口時，在短時間內(nèi)中置傳感器檢測到分岔的白線，如圖3a)所示，根據(jù)控制計算機(jī)內(nèi)存中路口的信息，能夠辨別出前方不同的路口。在辨別出路口之后，停車轉(zhuǎn)彎，直到前置傳感器找到白線，繼續(xù)前進(jìn)。
2）遇到彎道時，先是前置傳感器丟失白線，如圖3b)所示，繼續(xù)前進(jìn)一段后，此時，小車停止前進(jìn)向探測到白線的那一個中置傳感器方向轉(zhuǎn)彎，隨后前置傳感器也一定檢測到白線，當(dāng)兩個前置傳感器同時檢測到白線之后，判斷方向正確，停止轉(zhuǎn)動，沿此方向繼續(xù)前進(jìn)。
3. 進(jìn)入工作站策略

在每個工作站所在的地面上，有一個邊長為300mm的正方形檢測區(qū)域，如圖4所示。區(qū)域中心有線寬為50mm的白色十字線，對角線的兩個頂點各安裝有一個檢測距離為200mm左右的紅外傳感器。當(dāng)兩個紅外傳感器均檢測到上方有物體時，物流管理系統(tǒng)計算機(jī)即認(rèn)為該AGV已經(jīng)準(zhǔn)確到達(dá)該工作站，便可進(jìn)行物流工作調(diào)度。
由于AGV小車采用的傳感器布局較分散，較難精確定位十字線。但是，可以通過規(guī)劃行走策略，使AGV小車停止在十字線上。其行走順序如下：
1)小車沿直線行走，直到前置兩個傳感器探測不到白線，小車停止前進(jìn)。
2)小車以較慢的固定速度前進(jìn)，直到前置傳感器中有一個檢測到十字白線為止。這一步驟可初步定位十字線。 3)小車再減速，以更慢的固定速度前進(jìn)，同時啟動定時器，定時器超時，則立刻停車。小車啟動定時器向前慢行，不受傳感器的影響，稱為延時盲走，是為了保證了覆蓋檢測區(qū)的紅外傳感器。
4)小車到達(dá)工作站后，即可進(jìn)行相應(yīng)的物流工作，具體停留時間可另行設(shè)定。
5)當(dāng)小車完成工作站的任務(wù)后，以較慢的固定速度倒車，同時啟動定時器，定時器超時，則立刻停車。倒車距離與第三步盲走的距離等長，以免不能尋回白線。
6)小車順時針原地旋轉(zhuǎn)180º，當(dāng)右中置傳感器先探測到白線，小車?yán)^續(xù)旋轉(zhuǎn)使右中置傳感器越過白線，小車再繼續(xù)旋轉(zhuǎn)直到兩前置傳感器全都探測到白線為止。
7)尋到白線之后，小車?yán)^續(xù)以直線方式行走。

四、 行走控制策略
        自動導(dǎo)航車通過傳感器探測當(dāng)前的路徑狀況、小車當(dāng)時的工作狀態(tài)以及存儲器中已存儲的電子地圖來決定下一步動作。控制器可采用單片機(jī)，雖然實現(xiàn)較復(fù)雜的算法時編程繁瑣，因此本研究采用電子地圖的方法，以簡化計算過程。
        將整個行走路徑分解為若干段典型路徑，如前所述直線、岔路口、彎道和工作站路徑等。確定每一段路徑應(yīng)當(dāng)采取的動作，給每一段路徑一個編號，將所有編號按路徑順序編制為一個列表，將該列表存于內(nèi)存中，故內(nèi)存中存有整個路徑信息，實現(xiàn)地圖的電子化。同樣，將針對每一段路徑小車應(yīng)采取的動作進(jìn)行編號并與路徑編號一一對應(yīng)，形成動作列表，小車行走遇到什么路徑信息，控制器就從動作列表調(diào)出相應(yīng)控制指令，控制小車的正確行走。

五、 結(jié)束語
        通過用RGB傳感器制導(dǎo)AGV的行走策略實驗、研究表明，AGV小車能按預(yù)先設(shè)定的路徑行走，而且所用的RGB傳感器數(shù)量少，單片機(jī)控制簡單，成本低。但行走精度略低，可通過進(jìn)一步研究改進(jìn)設(shè)計提高。本研究對于進(jìn)一步開發(fā)物流系統(tǒng)的AGV產(chǎn)品及相關(guān)的教學(xué)研究具有一定的意義。

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