1 系統(tǒng)概述

　　智能物流導(dǎo)引系統(tǒng)由遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)及應(yīng)用軟件、機(jī)器人載計(jì)算機(jī)及控制軟件、機(jī)器人本體、無(wú)線遙控手柄、機(jī)器人運(yùn)行軌跡等部分組成。遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)及應(yīng)用軟件是系統(tǒng)自主運(yùn)行和遠(yuǎn)程控制的核心。遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)硬件應(yīng)帶有USB接口，安裝W IN 2000以上操作系統(tǒng)。應(yīng)用軟件安裝在遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)上，軟件內(nèi)包含路徑手動(dòng)和自動(dòng)編輯、路徑生成與傳輸、運(yùn)行控制、運(yùn)行結(jié)果返回顯示、遠(yuǎn)程命令控制等功能。機(jī)器人載計(jì)算機(jī)及控制軟件是機(jī)器人自動(dòng)運(yùn)行的控制核心。RFlD讀卡器連接在機(jī)器人載計(jì)算機(jī)上，遠(yuǎn)程控制應(yīng)用軟件通過(guò)無(wú)線數(shù)傳與機(jī)器人載計(jì)算機(jī)控制軟件進(jìn)行無(wú)線通訊，機(jī)器人載計(jì)算機(jī)與機(jī)器人本體控制器間通過(guò)USB通訊端口進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人姿態(tài)及信息采集和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方向、速度等控制。機(jī)器人本體由機(jī)器人單片機(jī)控制板模塊、電源控制與管理模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制模塊、傳感器模塊、按鍵與指示燈、電池及保護(hù)電路等組成。

　　2 智能物流系統(tǒng)的導(dǎo)引方式

　　自動(dòng)導(dǎo)引車(Automatic Guided Vehicle，簡(jiǎn)稱：AGV)按照導(dǎo)引方式可分為電磁感應(yīng)導(dǎo)引、激光導(dǎo)引、磁帶導(dǎo)引、慣性導(dǎo)引和視覺(jué)導(dǎo)引等。其中，電磁導(dǎo)引、磁帶導(dǎo)引和慣性導(dǎo)引是傳統(tǒng)的導(dǎo)引方式，目前仍被許多系統(tǒng)所采用。激光導(dǎo)引方式近幾年發(fā)展較快，在國(guó)內(nèi)外都有廣泛的應(yīng)用”。

　　RFID和光學(xué)導(dǎo)引是智能物流導(dǎo)引系統(tǒng)采用的全新導(dǎo)引方式。RFID和光學(xué)導(dǎo)引的基本原理是：在AGV運(yùn)行的路徑兩側(cè)或中心鋪設(shè)與地面色差較大的軌跡， 并在關(guān)鍵點(diǎn)地下埋設(shè)RFID標(biāo)簽，在AGV上安裝有光電傳感器和RFID閱讀器，通過(guò)光電傳感器對(duì)軌跡的識(shí)別控制AGV前進(jìn)。當(dāng)左側(cè)光電傳感器脫離軌跡后，信號(hào)傳至AGV控制器，AGV自動(dòng)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)AGV姿態(tài)和運(yùn)行方向的調(diào)整。當(dāng)RFID閱讀器讀到預(yù)埋的RFlD 標(biāo)簽后，根據(jù)標(biāo)簽內(nèi)預(yù)先寫入的坐標(biāo)信息和AGV的任務(wù)路徑，自動(dòng)判斷是前進(jìn)、調(diào)頭還是轉(zhuǎn)彎，實(shí)現(xiàn)按規(guī)定路徑作業(yè)。在AGV轉(zhuǎn)彎過(guò)程中，根據(jù)AGV 上安裝的電子羅盤判定當(dāng)前姿態(tài)和旋轉(zhuǎn)的角度，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎或調(diào)頭。

　　目前，國(guó)內(nèi)常用的AGV主要采用電磁導(dǎo)引方式，這種導(dǎo)引方式屬于傳統(tǒng)導(dǎo)引方式，技術(shù)較成熟，AGV本身的成本低，工作可靠。其缺點(diǎn)是需要在運(yùn)行線路的地表下埋設(shè)電纜，施工時(shí)間長(zhǎng)，費(fèi)用高，不易變更路線，這種電磁感應(yīng)導(dǎo)引式導(dǎo)航方法目前在汽車行業(yè)和絕大多數(shù)商業(yè)化的AGV系統(tǒng)上使用。RFID和光學(xué)導(dǎo)引與原有導(dǎo)引方式相比較，采用RFID技術(shù)和光學(xué)色差比較技術(shù)實(shí)現(xiàn)，配合使用電子羅盤進(jìn)行姿態(tài)判斷，在導(dǎo)引方式上提出新的思路。這種導(dǎo)引方式，具有成本低，施工時(shí)間短，路線改變?nèi)菀祝灾餍詮?qiáng)和改變靈活等特點(diǎn)。

　　3 智能物流導(dǎo)引系統(tǒng)的組成及原理

　　系統(tǒng)是由機(jī)器人本體、機(jī)器人運(yùn)行場(chǎng)地及RFID標(biāo)簽、遠(yuǎn)程控制PC機(jī)和應(yīng)用控制軟件組成。機(jī)器人本體包括機(jī)器人機(jī)械本體、運(yùn)動(dòng)及控制模塊、蓄電池及電源管理模塊、傳感器信息采集模塊、AVR單片機(jī)控制模塊、單片機(jī)與機(jī)器人載PC機(jī)通訊模塊、RFID閱讀模塊、無(wú)線遙控模塊、機(jī)器人人工智能控制應(yīng)用軟件等組成。機(jī)器人運(yùn)行場(chǎng)地為雙軌色差場(chǎng)地，鋪設(shè)有橡膠底面。遠(yuǎn)程控制PC機(jī)在機(jī)器人運(yùn)行場(chǎng)地之外，采用無(wú)線控制方式實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人控制。應(yīng)用控制軟件為人性化人機(jī)交互軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能物流導(dǎo)引系統(tǒng)的控制與管理 。

　　現(xiàn)今的AGV基本上由導(dǎo)向模塊、行走模塊、導(dǎo)向傳感器、微處理器、通訊裝置、控制裝置和蓄電池等構(gòu)成。其中，微處理器是車的控制核心部分，它把車的各個(gè)部分有機(jī)地聯(lián)系在一起，不僅控制整個(gè)車的運(yùn)行，而且還通過(guò)通訊系統(tǒng)接收地面管理站傳來(lái)的各種指令，并不斷把車的所處位置、運(yùn)行狀況等信息返回給地面站。通訊裝置根據(jù)車的通訊方式不同可以分為：紅外通訊、感應(yīng)通訊、無(wú)線電通訊等。控制方式有手動(dòng)和自動(dòng)2種。在沒(méi)有人為干涉的情況下，AGV的所有動(dòng)作均來(lái)自于導(dǎo)向傳感器對(duì)外界事物的感知。由此可知，傳感器技術(shù)是AGV技術(shù)中非常重要的一環(huán)。機(jī)器人本體包括機(jī)器人機(jī)械本體、運(yùn)動(dòng)及控制模塊、蓄電池及電源管理模塊、傳感器信息采集模塊、AVR單片機(jī)控制模塊、單片機(jī)與機(jī)器人載PC機(jī)通訊模塊、RFID閱讀模塊、無(wú)線遙控模塊、機(jī)器人人工智能控制應(yīng)用軟件等。機(jī)器人機(jī)械本體分為外罩和底盤2個(gè)部分。機(jī)械本體外罩由鐵板加工而成，根據(jù)AGV的工作性質(zhì)要求，采用無(wú)棱角設(shè)計(jì)，各個(gè)幾何面均采用平滑弧線和倒角設(shè)計(jì)。傳感器信息采集模塊包括軌跡識(shí)別和探物傳感器2種。軌跡識(shí)別傳感器采用進(jìn)口DC5V功率可調(diào)節(jié)光電反射式傳感器，數(shù)字量輸出：探物傳感器采用進(jìn)口小型DC5V功率可調(diào)節(jié)光電反射式傳感器， 數(shù)字量輸出。

　　RFID閱讀模塊為工業(yè)用RFID讀寫模塊，實(shí)現(xiàn)發(fā)卡與讀卡，是機(jī)器人導(dǎo)引和定位的主要采集模塊。無(wú)線遙控模塊采用微功率433 MHZ無(wú)線數(shù)傳模塊，實(shí)現(xiàn)與遙控器無(wú)線通訊。機(jī)器人載PC機(jī)(筆記本電腦)應(yīng)具有1個(gè)RS232串口，2個(gè)USB2．0 口。RS232串口實(shí)現(xiàn)與RFID 閱讀器通訊；USB 口分別實(shí)現(xiàn)與無(wú)線通訊模塊和AVR單片機(jī)控制模塊通訊。RFID及光學(xué)導(dǎo)引方式一個(gè)重要的特點(diǎn)就是場(chǎng)地可移植性。關(guān)鍵點(diǎn)下埋設(shè)有RFID標(biāo)簽，為克服機(jī)器人機(jī)械慣性影響，在關(guān)鍵點(diǎn)下埋設(shè)有冗余標(biāo)簽。用戶可以根據(jù)環(huán)境和工作需要，按垂直、平行、冗余原則埋設(shè)坐標(biāo)標(biāo)簽，即可將機(jī)器人運(yùn)行場(chǎng)地任意移植和變更。RF1D標(biāo)簽表面印刷有標(biāo)簽1D號(hào)，便于客戶登記、存檔和編輯路徑關(guān)鍵點(diǎn)RFID標(biāo)簽坐標(biāo)。智能物流導(dǎo)引系統(tǒng)的電氣部分硬件主要由CPU(MCU)、RFID輸入、傳感器輸入、電子羅盤(陀螺儀)輸入、按鍵輸入、無(wú)線遙控輸入、語(yǔ)音播放、指示燈、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制等部分組成。智能物流導(dǎo)引機(jī)器人主控制板上有AVR單片機(jī)M EGA128、MEGA48， 復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)語(yǔ)音功率放大電路，傳感器變換電路，USB／UART轉(zhuǎn)換電路和接口電路等。機(jī)器人的電源采用的是24 V鎳氫電池組供電，考慮電池節(jié)能，電源模塊部分設(shè)計(jì)有電源管理，最大限度降低無(wú)工損耗。機(jī)器人電源模塊主要由DC—DC隔離、穩(wěn)壓、電源濾波、電源指示等部分組成，為機(jī)器人主板、驅(qū)動(dòng)模塊等各個(gè)部分提供電源。機(jī)器人使用的電機(jī)為大功率直流減速電機(jī)，采用了直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片作為驅(qū)動(dòng)核心，使用PWM 控制方式實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度調(diào)節(jié)，為實(shí)現(xiàn)速度均衡調(diào)節(jié)和抗干擾，在機(jī)器人驅(qū)動(dòng)模塊中設(shè)計(jì)有繼電器電路、可調(diào)電阻陣列和電源隔離電路。由于機(jī)器人電機(jī)功率較大，工作電流較高，電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片溫度過(guò)高，為保證模塊壽命和工作穩(wěn)定性，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)模塊采用金屬外殼封裝，內(nèi)安裝有散熱片 。

　　智能物流導(dǎo)引系統(tǒng)體積大、質(zhì)量重，正常運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度較快，為避免因有物體擋住機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路線受到機(jī)器人撞擊，在機(jī)器人本體前方安裝一對(duì)傳感器，因場(chǎng)地環(huán)境復(fù)雜，為避免誤檢測(cè)障礙物，避障傳感器檢測(cè)距離調(diào)節(jié)較近 。避障傳感器受障礙物體顏色影響較大，當(dāng)障礙物顏色為深色，檢測(cè)距離最近；當(dāng)障礙物顏色為淺色，檢測(cè)距離最遠(yuǎn)。智能物流導(dǎo)引系統(tǒng)具有電源模塊管理功能，在機(jī)器人本體電源上電后，電氣各模塊電源都處于關(guān)閉狀態(tài)，在機(jī)器人運(yùn)行時(shí)，相應(yīng)的模塊按要求開(kāi)啟電源，從而實(shí)現(xiàn)電池消耗電量最低、使用時(shí)間最長(zhǎng)。系統(tǒng)上安裝有電子羅盤，用來(lái)確定機(jī)器人姿態(tài)和旋轉(zhuǎn)角度。電子羅盤通過(guò)感應(yīng)地球磁場(chǎng)偏角，判斷自身轉(zhuǎn)動(dòng)的方向及行走方向。

　　電子羅盤計(jì)算出的數(shù)據(jù)由單片機(jī)讀出，通過(guò)12C協(xié)議傳輸給主控模塊。智能物流導(dǎo)引系統(tǒng)本體上安裝有前左、前右、后左、后右、前下左、前下右6個(gè)傳感器。下部2個(gè)傳感器為軌跡識(shí)別傳感器，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)設(shè)定的軌跡識(shí)別，輔助完成機(jī)器人在規(guī)定軌跡內(nèi)運(yùn)動(dòng)功能。前后傳感器為避障保護(hù)傳感器。智能物流導(dǎo)引機(jī)器人使用分為軟件設(shè)置、軟件控制、軟件監(jiān)測(cè)、硬件啟動(dòng)與遙控控制等幾個(gè)部分。智能物流導(dǎo)引系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)可分為自動(dòng)和手動(dòng)，自動(dòng)是要在事先設(shè)置的軌跡范圍內(nèi)，根據(jù)特定的程序控制運(yùn)動(dòng)；手動(dòng)是通過(guò)遙控器控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。當(dāng)機(jī)器人本體電源開(kāi)關(guān)打開(kāi)后，機(jī)器人運(yùn)行方式默認(rèn)為自動(dòng)。使用上位機(jī)控制軟件設(shè)置機(jī)器人運(yùn)行路線后，通過(guò)無(wú)線傳輸將上位機(jī)控制程序傳輸置下位機(jī)，由下位機(jī)控制軟件將上位機(jī)程序轉(zhuǎn)換為機(jī)器人控制命令，在接收到上位機(jī)自動(dòng)運(yùn)行命令后，控制機(jī)器人按上位機(jī)程序運(yùn)行。智能物流導(dǎo)引系統(tǒng)的探物傳感器為探測(cè)距離可調(diào)節(jié)傳感器，基本工作原理為光學(xué)反射，所以探測(cè)距離受光線和障礙物顏色影響，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行微調(diào)。智能物流導(dǎo)引系統(tǒng)是將RFID技術(shù)與現(xiàn)代智能機(jī)器人控制技術(shù)緊密結(jié)合的新型高科技產(chǎn)物，是RFID技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的創(chuàng)新，是傳統(tǒng)AGV導(dǎo)引方式和技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的突破。