自动导引车系统关键技术的研究

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1999.02.060 第21卷第2期 北京科技大学学报 VoL21 No.2 1999年4月 Journal of University of Science and Technlogy Beijing Apr.1999 自动导引车系统关键技术的研究 郭峰袁星军余达太原魁 北京科技大学信息工程学院，北京100083 摘要提出了一种改进型电磁导引技术方案，该方案使自动导引系统的核心部分一路径规划 算法及程序得以实现.分析及实验结果证明，该项技术是可行的，并且具有极高的经济性， 关键词自动导引车系统；电磁感应导引：地理信息系统：最短路径及算法 分类号0157.6；TP271;TP278 目前，电磁感应导引和光学反射导引技术最 频率电流的电缆，如图3)或由控制台将信号源切 为成熟且应用最多.其他方式大多还处于研究和 换到不同的电缆线上以导引行车路线（图4）四 试验阶段刘 由于需要切换导线中的电流频率或传感器组以 便对应不同的频率，则需要相应的机构和电气方 1改进的电磁感应导引技术 面的附属装置，将增加系统的复杂性和故障率. 电磁感应导引方式是目前最为成熟且应用 同时，也加大了系统的成本投人， 最广的导引方式.其原理是，在自动导引车经过 正弦波 路径的地下或地面铺设电缆，通以低频正弦波电 发生器 流，从而在电缆周围产生磁场（图1）.车上通过电 磁感应传感器检测到磁场强度并送出车沿线路 图3多电缆、多频率的地面系统 行走时感应出来的磁场强度差动信号（图2）.车 上根据该信号进行纠偏控制.道路的分枝与合流 正弦波发生器 10 的识别是通过切换传感器工作频率以拾取表征 开关控制器 分枝与合流的信息（一般并行埋设多条通有不同 图4多电缆、单频率切换的地面系统 我们对电磁感应导引方法进行了改进.在改 正弦波发生器 进的方法中，只有一个频率的信号源，只有一条 导引电缆用来标志行车道路，道路交叉点信息由 图1 电磁感应导向的地面系统 编码脉冲装置产生. 使用单一频率，一条电缆是基于这样的思 路：当小车沿着通电导线行走时，差动式电磁传 计算 感器系统仅用于检测小车是否偏离了导线路 提取 径.在道路交叉点附近设置一个编码脉冲发生装 探 探 置，当小车进人信号有效区域后，接收装置就可 测 以收到该编码信息，这样处理的结果是简化了系 器 器 统复杂度，提高了可靠性，降低了系统成本.实现 这种处理方法，其依据的是我们提出的地理信息 系统和路径规划方法， 图2电磁感应检测原理 2地理信息系统 1998-12-13收稿郭峰男，41岁，讲师，硕士 在上述的系统中，地理信息系统是该技术方 ◆国家“863"高科技项目N0.960406) 案的基础.在现场的规划与布局完成之后，就确

第 卷 21 年1 9 9 9 第 期 2 月 4 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f Un i s v e r i yt o S f e i c e n e a o d T c e h l l o yg B jle in g V 0 L2 1 PA r. N 0 . 2 19 9 9 自动导引车系统关键技术的研究 郭 峰 袁星 军 余达太 北京科技大学信息工程学院 , 北京 1 原 0 0 0 83 魁 摘 要 提 出了一种 改进型电磁导引技术方案 . 该方案使 自动导引系统的核心部分— 路径规划 算法及 程序 得以 实现 . 分析及实验结果证 明 , 该项技 术是 可行 的 , 并且具有极高的经济性 . 关健词 自动导引车系统; 电磁感应导引 ; 地理信息 系统; 最短路径及算法 分类 号 0 15 7 . 6 : T P 2 7 1 ; T P 2 7 8 目前 , 电 磁感应 导引和 光学反 射导引技术最 为成 熟 且 应用 最 多 . 其他 方 式大 多 还处于 研 究 和 试验 阶段 l[, 2】 . 即人 1 改进的 电磁感应导 引技术 电磁感 应导 引 方 式 是 目前 最 为 成 熟且 应 用 最 广 的 导 引 方 式 . 其 原理 是 , 在 自动 导 引车 经 过 路 径 的地 下 或地 面铺设 电缆 , 通 以低 频 正 弦波 电 流 , 从而 在 电缆 周 围产 生 磁场 ( 图 l ) . 车上 通 过 电 磁感 应传 感器检测 到 磁 场 强 度 并 送 出车 沿 线 路 行 走 时感 应 出来 的磁 场强度 差 动信 号 ( 图 2) . 车 上 根 据 该 信号进 行 纠 偏控 制 . 道 路 的分 枝 与合 流 的识 别是 通 过 切 换传感 器 工 作 频 率 以 拾 取 表 征 分 枝 与合 流 的信 息 (一 般并 行 埋 设多 条通 有不 同 频 率电流的 电缆 , 如 图 3) 或 由控制台将信号源切 换到 不 同的 电缆 线上 以 导引 行车路 线 (图 4) 田 . 由于 需 要 切换 导线 中 的 电流 频率或传感器 组 以 便 对应 不 同 的频率 , 则需要相 应 的机 构和 电气方 面 的 附 属 装 置 , 将 增加 系统 的复 杂性 和故障率 . 同 时 , 也加 大 了系统 的成 本投人 . 多电缆 、 多频率的地 圈 面系统 图1 电磁感应导 向的地面 系统 计算 探 测 器 图2 电磁感应检测原理 19 9 8 一 12 一 13 收稿 郭峰 男 , 41 岁 , 讲师 , 硕士 . 国家 “ 5 6 3 ” 高科技项 目伽 0 . 9 6 0 4 0 6 ) 图4 多电缆 、 单频率切换的地面系统 我 们 对 电磁感 应 导 引方法 进行 了 改进 . 在改 进 的 方法 中 , 只 有 一 个 频 率 的信号源 , 只有 一 条 导引 电缆 用来 标 志 行 车道 路 , 道路 交 叉点信 息 由 编 码脉冲装置 产 生 . 使 用单 一 频 率 , 一 条 电 缆是 基 于 这 样 的 思 路 : 当小 车沿 着 通 电导 线 行 走 时 , 差 动式 电磁 传 感 器 系 统 仅 用 于 检 测 小 车 是 否 偏离 了 导线 路 径 . 在道 路 交叉 点 附近 设置 一 个编 码脉 冲 发生装 置 , 当小 车 进 人 信号有 效 区 域 后 , 接 收 装置就 可 以 收到 该编 码 信 息 . 这样 处理 的结果 是简 化 了系 统 复 杂度 , 提 高了 可靠性 , 降低 了系 统成 本 . 实 现 这 种处 理方 法 , 其依 据 的是我 们 提 出的地 理信息 系 统和路 径规划 方法 . 2 地理信息系统 在 上 述 的系 统 中 , 地理 信息系 统是 该 技术 方 案的基 础 . 在 现 场 的规划 与 布 局 完 成 之 后 , 就 确 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1999. 02. 060

Vol.21 No.2 郭峰等：自动导引车系统关键技术的研究 ·21】* 定了允许AGV行走的道路，所有道路的长度、交 其他系统中大多都要引进坐标的概念，借助于其 叉点的位置也就随之确定了基于这一基本认 他方法和辅助装置进行定位和环境辨识，不仅增 识，可以利用图论的方法，将道路长度和交叉点 加了软件工作量，更主要的是加大了硬件成本和 信息（图5）拓扑成一个有向图G(图6).每个交叉 控制的复杂性. 点定义为1个节点.每2个交叉点之间的道路定 义为支路.两交叉点间距离定义为该支路的长度 3 改进的最短路径算法及其应用 (或称为权重)，如果从节点i到节点j是可以行走 以最短路径算法作为AGV路径规划的基 的支路，用1条由指向j的带箭头的线段连结这 础 2个节点.用1个n×n的二维数组存储带有n个节 针对本课题的特点，选择由Dijkstra提出的、 点的有向图G中节点与支路的边能关系及长度· 以图论的方式给出的最短路径算法，并对它进行 息，工位一般设置在任意的支路旁边.工位资料 了修改， 存储在车载计算机中，通过邻接节点情况及与节 在Dijkstra的算法中给出了2点间的最短路 点的距离进行描述.同时，用1组编码的、独立于 径.经过改进，可以在求得最短路径的同时，建立 导引线路的光电信号对工位进行标记.这样就构 起路径上按先后顺序经过的节点号码的列表.然 成了存储于车载计算机系统内的地理信息系统. 后建立起描述从节点A经节点B再到节点C时， 车载计算机系统在得到妈张点指令后，利用地理 在B点转弯还是直行的行为指示表.根据节点列 信息系统提供的资料，进行路径规划以确定行车 表和行为指示表，就能够完成从起点到目标点的 路线， 运行， 与其他利用现场地理信息的系统不同的是， 正弦发生器 4结论 提出了自动导引车系统中一个技术可行的 新方案及相应的算法并编制了程序.通过计算机 仿真，解决了构成新系统的各项关键技术的认 证，保证了系统的可行性， 图5单电缆、单频率地面系统 参考文献 (a) (b) 1兴津利继.无人搬送车的选定法，自动化技术，1993(1)： 27 2津村俊弘.物流系统中的机电技术.系统/控制/情 报，1993(2)：125 49 图6有向图G.图6中，一般情况下，每2个节点之间 应当是双向带头的有向线段，如b)所示.为了作图方 便，图6中作了简化. Study on the Core Technique of Automatic Guided Vehicle System Guo Feng,Yuan Xingjun,Yu Datai,Yuan Kui Information Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083 China ABSTRACT A improved technique of magnetic guiding in AGVS was presented.The algorithm and program based on this technique was established.The result proved that this mew method have high feasibility and low cost. WEY WORDS automated guided vehicle system;magnetic cuiding;geography information system; the shortest path and algorithm

V o l 一 2 1 N O 一 2 郭峰等 : 自动导引车 系统关键技术的研究 定 了允许 A G V 行 走 的道 路 . 所有 道 路 的长 度 、 交 叉 点 的 位 置 也 就 随 之 确 定 了 . 基 于 这 一 基 本 认 识 , 可 以 利 用 图论 的方 法 , 将 道 路 长 度 和 交 叉 点 信息 (图 5) 拓 扑 成一 个有 向 图 G (图 6) . 每 个交 叉 点 定 义 为 1 个节 点 . 每 2 个交 叉点 之 间 的道 路定 义为 支 路 . 两交 叉 点间距离定义 为 该支路 的长 度 (或称为权重 ) . 如果 从节 点 i 到节 点 j 是 可以行 走 的支路 , 用 1 条 由 i 指 向j 的带箭头的线段 连结 这 2个节点 . 用 1 个 n x n 的二维数组存储带有 n 个节 点 的有 向 图 G 中节 点 与 支路 的边 能 关 系及 长 度 · 息 . 工 位一 般设置 在 任意 的支路 旁边 . 工位 资料 存储在 车 载计算机中 , 通 过 邻接 节点 情况 及 与节 点 的距 离进行 描述 . 同时 , 用 1 组编 码 的 、 独 立于 导引 线路 的光电信号 对工 位进 行标记 . 这 样就 构 成 了存储于 车载计算机系 统内的地 理信息系统 . 车载 计算 机 系 统在 得 到妈张点指令后 , 利 用 地理 信息系 统 提供 的资料 , 进行 路 径规划 以确 定 行车 路 线 . 与 其他利 用现 场地理 信息的系统不 同的是 , 其他 系 统 中大 多都要 引进 坐 标 的概 念 , 借助 于 其 他方 法 和辅助 装置 进 行定 位 和 环境 辨 识 , 不 仅 增 加 了软件工 作 量 , 更 主 要 的是 加 大 了硬 件成 本 和 控制 的复杂性 . 正弦发生器 a ] 免 a3 a 6 一一〕 a 7 口8 丙 图5 单电缆 、 单频率地 面系统 歌= = 之二遂l F一 v Z 3 改进 的最短路径 算法及 其应用 以 最 短 路 径 算 法 作为 A G V 路 径 规 划 的 基 础 . 针 对本课题的特 点 , 选择 由 D ij ks tr a 提 出 的 、 以 图论的方 式 给 出的最 短 路径 算 法 , 并 对它 进行 了修改 . 在 D ij ks atr 的算法 中给出了 2 点 间的 最短 路 径 . 经过 改进 , 可 以 在求 得最 短路径 的 同时 , 建 立 起路 径上 按先 后 顺序经 过 的节 点号码 的列表 . 然 后 建立起描述 从节点 A 经节 点 B 再到 节点 C 时 , 在 B 点转弯还是 直 行 的行 为 指示 表 . 根据 节 点列 表 和 行 为指 示表 , 就 能够 完 成 从起 点到 目标 点 的 运 行 . 4 结论 提 出 了 自动 导 引车 系统 中一 个技 术 可 行 的 新 方 案 及相 应 的算 法 并 编制 了程序 . 通 过计 算 机 仿 真 , 解 决 了构 成 新 系 统 的 各 项 关 键 技 术 的 认 证 , 保证 了系 统的可 行性 . 参 考 文 献 1 兴津利 继 . 无人搬送车 的选定法 , 自动化技术 , 19 93 ( l ) : 2 7 2 津 村 俊 弘 . 物 流 系 统 中 的 机 电 技 术 . 系 统 / 控 制 / 情 报 , 1 9 9 3 ( 2 ) : 12 5 图6 有 向图G . 图6 中 , 一般情况下 , 每2个节点之间 应当是双向带头的有 向线段 , 如伪)所示 . 为了作图方 便 , 图6中作了简化 . S ut d y o n t h e C o r e T e e hn i q u e o f A u t o m at i e G u i d e d V e h i e l e S y s t e m G u o eF n g, uY a n iX n舒u n , uY D a at i , uY a n uK i I n fo mr a t i o n E n g i n e e inr g S e h o o l , U S T B e ij in g , B e ij i n g l 0 0() 8 3 C h in a A B S T R A C T A im P r o v e d t e c lm i q u e o f m a g n e t i e g u id i n g in A G V S w as P r e s e n t e d . T h e a lg o ir ht m an d Por g r a m b a s e d o n ht i s t e e lm iqu e w a s e s at b li s h e d . T h e r e s u lt P r o v e d ht a t ht i s m e w m e ht o d h va e h i g h fe as ib ility an d l o w e o s t . W E Y W O R D S au ot m a t e d g u id e d v e h i c l e s y s t e m ; m a g n e t i e e u id in g ; g e o g arP h y in of rm iat o n s y s t e m ; ht e s h o rte s t P a t h an d a lg o ir ht m