摘要：用RGB傳感器制導的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劃來彌補它的行走精度等問題，并且盡量減少傳感器的數量體現它的特點。
關鍵詞：路徑規劃；行走策略；RGB傳感器；AGV

一、概述
        自主導航輪式機器人（AGV）是上世紀50年代發展起來的智能搬運(裝配)型機器人。AGV是現代工業自動化物流系統中的關鍵設備之一，它是以電池為動力，裝備電磁或光學等自動導航裝置，能夠獨立自動尋址，并通過計算機系統控制，完成無人駕駛及作業的設備。AGV一般采用輪式驅動，具有電動車的特征。AGV小車能在地面控制系統的統一調度下，自動搬運貨物，實現自動化的物料傳送。因其具有靈活性、智能化等特點，能夠方便地重組系統，達到生產過程中的柔性化運輸之目的。較之傳統的人工或半人工的物料輸送方式，AGV系統大大減輕了勞動強度和危險性，提高了工作效率，在機械、電子、紡織、卷煙、醫療、食品、造紙等行業都可以發揮作用。
         AGV導航系統的功能是保證AGV小車沿正確路徑行走,并保證一定行走精度。AGV的制導方式之一是有導引路線（固定路線）的方式，而固定路線的導引方式之一是光學控制帶制導方式，它利用地面顏色與導航帶顏色的反差來識別,如在深顏色的地面上導航帶為白色。AGV上裝有顏色(RGB)傳感器,均勻分布跟隨在導航帶及兩側位置上,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行控制。光學控制帶制導方式采用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速度和控制精度。
        在自動化車間、立體倉庫等倉儲物流系統中,AGV一般以室內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動差速轉向的三輪實驗小車，兩輪差速轉向是將兩驅動輪同軸線獨立地固定于車體的兩側，通過調速控制使兩驅動輪產生不同的速度來實現轉向。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域內，把傳感器分為兩組，沿底盤縱軸線兩側對稱布置，而且可沿底盤縱、橫軸線方向進行調整、固定，經過反復試驗，效果均不理想。后來，將兩組傳感器移至底盤區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，它離橫軸較遠是為了使小車行走有足夠的調整距離，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運輸條件, 具有直線路徑、彎道、岔路口、進入工作站等典型平面路徑。其白色導航帶寬度為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，如前置左側傳感器探測不到白線，而右側傳感器探測到白線，則認為小車偏左，糾正方法是使小車右側電機減速，左側電機加速，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，根據實驗結果，當一個前置傳感器偏離白線的角度在5°以內，都能自動糾正過來。通常小車的兩個電機同向轉動，由于速度的同步性誤差回造成小車行走方向有少量偏差，傳感器已經會略微偏出白線。如果傳感器出現誤判，會造成兩個前置傳感器都在白線外，此時，小車繼續前行，可由中置傳感器檢測到白線后，根據時間的長短來判定（與彎道的情況區分開來），令小車向探測到白線的那一個中置傳感器方向轉彎，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）根據中置傳感器以及路口次序確定。前置傳感器跟隨著白色導航線行走，在小車前方出現岔路口時，在短時間內中置傳感器檢測到分岔的白線，如圖3a)所示，根據控制計算機內存中路口的信息，能夠辨別出前方不同的路口。在辨別出路口之后，停車轉彎，直到前置傳感器找到白線，繼續前進。
2）遇到彎道時，先是前置傳感器丟失白線，如圖3b)所示，繼續前進一段后，此時，小車停止前進向探測到白線的那一個中置傳感器方向轉彎，隨后前置傳感器也一定檢測到白線，當兩個前置傳感器同時檢測到白線之后，判斷方向正確，停止轉動，沿此方向繼續前進。
3. 進入工作站策略

在每個工作站所在的地面上，有一個邊長為300mm的正方形檢測區域，如圖4所示。區域中心有線寬為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。當兩個紅外傳感器均檢測到上方有物體時，物流管理系統計算機即認為該AGV已經準確到達該工作站，便可進行物流工作調度。
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。
2)小車以較慢的固定速度前進，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，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的紅外傳感器。
4)小車到達工作站后，即可進行相應的物流工作，具體停留時間可另行設定。
5)當小車完成工作站的任務后，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180º，當右中置傳感器先探測到白線，小車繼續旋轉使右中置傳感器越過白線，小車再繼續旋轉直到兩前置傳感器全都探測到白線為止。
7)尋到白線之后，小車繼續以直線方式行走。

四、 行走控制策略
        自動導航車通過傳感器探測當前的路徑狀況、小車當時的工作狀態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，雖然實現較復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。確定每一段路徑應當采取的動作，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，將該列表存于內存中，故內存中存有整個路徑信息，實現地圖的電子化。同樣，將針對每一段路徑小車應采取的動作進行編號并與路徑編號一一對應，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出相應控制指令，控制小車的正確行走。

五、 結束語
        通過用RGB傳感器制導AGV的行走策略實驗、研究表明，AGV小車能按預先設定的路徑行走，而且所用的RGB傳感器數量少，單片機控制簡單，成本低。但行走精度略低，可通過進一步研究改進設計提高。本研究對于進一步開發物流系統的AGV產品及相關的教學研究具有一定的意義。

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