磁引导式差速转向AGV的电机确定与磁导航方法

0引言
AGV 是自动运输车（Automated Guided Vehicle ）的英文缩
写，是一种装备有电磁或光学等自动导引装置，能按照规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，是现在柔性制造系统与物流自动化等工业自动化系统的必备工具。

AGV 的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置，不受场地、道路和空间的限制。

因此，在自动化物流系统中，最能充分地体现其自动性和柔性，实现高效、经济、灵活的无人化生产。

1磁导航AGV 的总体结构
AGV 结构基本可以分为行走单元和移栽机构2大部分。

行走单元由车架、驱动机构、检测传感器等组成；移栽机构由车轮、减速器、驱动电机组成，2个直流伺服电机为整车运动提供动力。

移栽装置是用来搬运货物的机构，包括辊筒、机械手等机构。

该小车的移栽装置由一套自动辊筒机构，实现与交换平台的货物对接，通过传感器来检测自动换停位置。

AGV 使用的电池主要分为酸性和碱性2大类，酸性电池一般指铅酸电池，是目前应用最为广泛的品种，我们设计的AGV 供电采用48V 直流铅酸电池，容量为80Ah 。

2磁导航AGV 的电机选择
本文设计的AGV 车体由2个驱动轮和2个万向轮支承，
驱动轮由直流伺服过减速器驱动。

驱动电机不但是AGV 行驶的动力来源，同时又通过其左右轮的差速实现电动轮椅的转向。

AGV 的车载与车身总质量400kg ，
最高时速1.0m ／s ，主动轮半径100mm ，为了保证小车能正常载重运行，需要计算驱动扭矩与车速，然后确定小车驱动电机的大小与减速器减速比。

电机扭矩计算。

AGV 小车在路面运行时需要克服来自地面的滚动摩擦阻力F f 、空气阻力F w 、坡路阻力F i 、加速行驶时的加速阻力F j ，如图1所示。

因此，小车行驶时的总阻力为：
∑F ＝F f +F w +F i +F j
（1）F f ＝mg μ
（2）
AGV 在物流仓库室内运行，地面为耐用型1.5mm 环氧砂浆地坪，参考有关数据，μ＝0.018～0.020，取μ＝0.019，设计总质量m ＝400kg ，
代入式（2）得：F f ＝400×10×0.019＝76N
AGV 加速运动时需要克服质量产生的惯性力，设定AGV 经过位移S ＝1m 时，V t ＝1.0m ／s ，则AGV 的加速度为：
a ＝v t 2
－v 02
＝0.5m ／s
加速阻力：F j ＝ma ＝200N ；坡路阻力：F i ＝mg ·sin a ＝200N 。

路况
较好，α＜3°，AGV 室内最高速度为1m ／s ，所以空气阻力可以不考虑。

因此，代入式（1），总阻力为：
ΣF ＝F f +F w +F i +F j ＝476N 本车采用2个电机驱动，车轮半径为0.1m ，所以总车驱动力矩为：
ΣM ＝476×0.1＝47.6Nm
因此需要连接车轮轴的输出扭矩T ≥23.8Nm ，驱动电机采用进口DC 48V 无刷伺服BLT －72，最高转速3000r ／min 。

由图2可知，电机峰值转矩M m ＝1.7Nm 。

为满足AGV 正常行驶，减速比i min 为：
i min ＝T ／M m ＝14
AGV 车最高速度为V max ＝1m ／s ，车轮半径R ＝0.125m ，输出轴的转速应为：
n w ＝vt πd
＝96r ／min 电机的最高转速为n ＝3000r ／min ，所以最大减速比为：
i max ＝n ／n w ＝31.25
由此我们可以选定减速比20的直角行星减速器，既能保证驱动小车，也能保证小车运行时的速度要求。

3
磁导航AGV 的导向与控制
3.1
AGV 的导航技术
AGV 的导航是指其决定AGV 运行方向和路径的方法。

目
前常用的AGV 导航方式主要有车外预定路径方式和非预定路径方式2种。

所谓车外预定路径导航方式是指在行驶的路径上设置导航用的信息媒介物，
AGV 通过检测其信息而得到导向图2电机峰值扭矩图
02000
40006000800010000
1.80
1.601.401.201.000.800.600.400.200
扭矩／N m
BLT －72
转速／（r ／min ）
磁引导式差速转向AGV 的电机确定与磁导航方法
吴伟涛
刘文波
（沈阳理工大学机械工程学院，辽宁沈阳110168）
摘要：根据AGV 的基本原理，试制了由磁敏元件和磁带组成导引系统、以铅酸电池作为动力源的AGV 小车，并探讨了AGV 小车
的电机选择与磁导向原理等问题。

关键词：磁导航；电机；差速；磁传感
图1小车室内行驶受力图
室内路面坡度F j
F f
F i F w
G
α＜3°144
机电信息2012年第36期总第354期格式；IEC 61588主要使用GPS 或者北斗系统发出的对时信息与间隔层的设备进行网络对时。

把这3种信息同时接入过程层网络中的交换机，间隔层的保护与测控装置只需用一个网络接口就可把信息全部接入到网络中达到信息共享的目的。

4结语
本文在对国内一些智能变电站调研的基础上，分析了目前
在变电站过程层中主流的GOOSE+SMV 组网方式的特点，针对对时信息对整个变电站的重要性，提出一种利用IEC61850规约技术，把对时信息融合到目前GOOSE+SMV 这种共网方式下，从占用整个站内带宽的比率、实时性、以及经济性这3方面分析了这种方案的可行性。

目的在于为智能变电站进一步的智能化提供一种技术参考。

［参考文献］
［１］魏勇，罗思需，施迪，等．基于ＩＥＣ６１８５０－９－２及ＧＯＯＳＥ共网传输
的数字化变电站技术应用与分析［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１０（２４）
［２］钟连宏，梁异先．智能变电站技术与应用［Ｍ］．北京：中国电力
出版社，２０１０
收稿日期：2012－08－07
作者简介：朱全聪（1987—），男，云南人，硕士研究生，研究方
向：智能变电站信息采集及数据优化管理。

的导航方式，如电磁导引、光学导引、磁带导引（又称磁性导引）等。

所谓非预定路径（自由路径）导航方式是指AGV 不预先确定行驶路径，而是根据调度要求，在运行过程中通过方位识别确定行驶路径，如激光导航、坐标或地理信息识别导航、视觉导航、路径规划等。

3.2
磁带导航优点
磁带导航与电磁导航相近，用在路面上贴磁带替代在地面下埋设金属线，通过磁感应信号实现导引。

这种引导方式灵活性好，改变或扩充路径相对方便，磁带铺设简单易行，成本较低。

3.3
导向与控制
本文设计的AGV 为磁带导航方式的自动导航小车，使用JH －16磁导航传感器，通过传感器判断小车与磁带的位置关系来调整小车的行驶。

JH －16磁导航传感器，由16个A3144E 型霍尔磁敏传感器以10mm 间隔分布而成，安装在AGV 车体前方底部，距离磁条表面20～40mm ，磁条宽度30～50mm ，厚度1mm 。

图3为JH －16磁导航传感器示意图。

图4为AGV 差速运动控制原理，当传感器阵列经过磁带上方时，其内部间隔10mm 平均排布的16个采样点，能够检测出磁条上方100gauss 以下的微弱磁场，每一个采样点都有一路信号对应输出，相应的传感器接通，输出高电平，反之则为低电平。

AGV 运行时，磁导航传感器内部垂直于磁条上方的连续3～5个采样点会根据小车相对于磁带位置，输出相应的信号，这些信号反馈给AGV 小车的控制中心，控制器发出指令给伺服驱动器，驱动电机做出响应，对小车方向做出相应的调整，使磁带始终保持在传感器阵列的中间位置，确保小车沿磁条前行。

4结语
本文所述AGV 是满足物流仓储实验的搬运车，其电机选
择考虑各项因素，按照实际需求计算并选择，完全满足需要，能够保证小车的正常工作。

选用磁带导引方式，是基于成本和灵活性因素的选择，不但保证了导向的准确和灵活，而且控制了成本。

［参考文献］
［１］ＯＧＡＴＡＫ．现代控制工程［Ｍ］．第４版．北京：清华大学出版社，
２００９
［２］陈无畏，李碧春，孙海涛，等．基于视觉导航的ＡＧＶ模糊—最优
控制研究［Ｊ］．中国机械工程，２００６（２４）
［３］叶菁．磁导式ＡＧＶ控制系统设计与研究［Ｄ］．武汉：武汉理工大
学，２００６
［４］徐德，邹伟．室内移动式服务机器人的感知、
定位与控制［Ｍ］．北京：科学出版社，２００８
收稿日期：2012－08－28
作者简介：吴伟涛（1984—），男，河南漯河人，实验师，研究方
向：机械制造及其自动化。

图3
JH －16
磁导航传感器
图4AGV 差速运动控制原理
伺服驱动器
电机直行差速纠偏
偏高磁带
JH －16磁导航传感器
PLC 判断传感器相
对于磁带的位置
在磁带上Sheji yu Fenxi ◆设计与分析
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