AGV的導航方式主要有激光導航、電磁導航、視覺導航、GPS(全球定位系統)導航、磁導航等,本文主要針對磁導航方式的AGV進行深入探討,磁導航AGV主要是基于磁導航傳感器感應貼在路面上的磁條進行路徑跟蹤并完成其自主行駛的功能。
磁導航傳感器通過檢測鋪設在地面上的磁條來判斷AGV與目標路徑的偏差,然后輸出電壓模擬量[2]。對于磁導航AGV驅動器的設計,為更好地滿足通用性需求,需要對現有驅動器的組成單元進行總結和歸納,并且結合實際需求,找出共同點和不同點,為磁導航AGV通用驅動器的設計找到突破口。
通過查閱相關文獻,對磁導航AGV驅動器的組成有了一個總體認識,主要包括單片機單元、供電單元、手動控制單元、聲光報警單元、站點識別單元、工位檢測單元、電機驅動單元、CAN總線單元、避障單元、磁導航單元、姿態反饋單元、通信單元、安全輔助單元等 [35]。
1 驅動器硬件電路設計
在對磁導航AGV驅動器的組成單元進行分析之后,本文提出了一種基于STM32F103芯片為控制核心的通用驅動器,它包含以下模塊:單片機模塊、電源模塊、DI/DO模塊、RFID讀寫模塊、DAC輸出模塊、ADC采集模塊、CAN總線通信模塊、高速編碼器,安全模塊以及串口通信模塊,這些模塊與磁導航AGV驅動器的組成單元之間的對應關系如表1所列。
由表1可以看出,提出的通用驅動器設計方案可以滿足磁導航AGV對主要組成單元的需求。該驅動器可同時控制兩個電機以及采集相應的速度,還可同時采集兩路磁條傳感器輸出的模擬電壓,對于執行復雜功能的AGV而言,可以增加驅動器的數量以滿足要求,各驅動器之間可以通過CAN總線保持動作協調一致,共同完成的動作。
各個模塊對應不同的功能和作用,各司其職,互相配合,完成的功能。各模塊的主要作用如表2所列。
1.1 單片機模塊
本設計采用STM32作為控制芯片,此芯片基于ARM CortexM3內核,具有高性能、低成本、低功耗的特點。另外,此芯片的可移植性很好,并有許多官方函數庫可以直接調用,大大縮短了開發周期。STM32F103系列有80個可以自由操控的芯片引腳,為通用驅動器的設計提供了良好的條件。此驅動器采用模塊化設計,有利于驅動器功能擴展和升級。本驅動器控制板是由STM32F103的最小系統、電源電路、實時時鐘系統、時鐘電路、JTAG接口電路、復位電路、用戶LED和按鍵電路、串口電路等組成。
1.2 電源模塊
AGV大多數通過鉛酸蓄電池供電,通過將小電壓大容量的鉛蓄電池串聯起來就可以構成高電壓大容量的電池組,通常所用電池組為24 V,因此通過電壓轉換芯片將24 V轉換為5 V電壓,再將5 V轉換為3.3 V,為STM32芯片、MAX3232等供電。電路中需要加入多組電容,用于消除低頻和高頻的電源波動。
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