磁钉导航差速式AGV控制实验

磁钉导航AGV实验

2016-03

本机器是采用RFID电子地标配合磁钉传感器的定位导航AGV。本AGV已初步实现里程计精确解算，磁钉数据融合，AGV定点精准停车、原地旋转换向、远程无线调度的功能，初步达到协定的第一阶段研发期望效果。

一、        AGV车体物料清单

序号	物料名称	价格（元）	数量	供应商
1	主控板		1	（arm）
2	磁导航传感器		1	自主研发
3	电机		2	德恩科
4	电机驱动板		2
5	RFID射频模块		1
6	WIFI模块		1
7	开关电源模块3V3/5V0		1
8	开关电源模块24V		2
9	底盘		1	新美星厂制
10	电机支架		2	新美星厂制
11	承重轮		2	（新美星二次加工）
12	万向轮		2
13	万向轮支架		2	新美星厂制
14	AGV主控程序		1	自主研发
总计				元

另外场地所需物料主要为磁钉、RFID电子标签ID。

序号	物料名称	价格（元）	数量	供应商
1	磁钉		#
2	RFID电子标签ID卡		#

场地铺设磁钉与电子标签共同配合，供AGV定位导航使用，磁钉离原地旋转中心必须193mm，磁钉分NS极，极性保持与实验室一致电子标签铺设于旋转中心，铺设要求如下图：

二、        WIFI指令数据解释

开机后35S机器准备就绪，连接上路由器，调度系统可以与AGV实现数据交换，AGV向调度系统发送当前地标信息，格式为（A-ID=）+（10位卡号），例如：A-ID=0009350943。

测试上位机系统根据协议分别发送调度命令。

序号	指令	描述
0	‘0’ （0x30）	减速停车
1	‘1’ （0x31）	原地左转直角
2	‘2’ （0x32）	原地右转直角
3	‘3’ （0x33）	加速直行
4	‘4’ （0x34）	急刹车
5	‘5’ （0x35）	定点停车

原地左转直角，完成后小车自动高速直行向前；

原地右转直角，完成后小车自动高速直行向前；

定点停车，提前一个地标发送定点停车，小车将在下一点精准停车，接受调度指令并存储该条指令，精准定点停车完成后，才会执行下一指令；

三、       
AGV参数性能

项目	描述
尺寸	W*L*H=400*400*X；
载重	15KG，稳定运行重量（最大载重待验证）
电池	18650锂电池组，预计连续工作6小时以上（待验证）
速度	1m/s，稳定运行速度
行走	沿轨道直线行走（一般描述为行走200M无偏差）； 原地旋转直角（一般描述为旋转90度3025个脉冲无误差）； 定点精准停车（一般描述为停车精度正负5mm以内）；

四、       
项目第一阶段总经费

先后共得经费支持*元，先后共花费经费*元。（详见经费管理明细表）

五、       
项目第二阶段主要工作

1.    
电控板路设计工作

当前电控为手工电路，电路之间经常抗干扰性差，电磁稳定性差，常造成单片机复位失控问题。电控设计工作由我负责，将面条电路（所有模块之间连接使用飞线）整合到一块电路板上，主控原理集成到电路板上，形成AGV控制板，并长期对性能与稳定性负责改进。该项工作初期保守估计用时1个月及经费*元。

该电控板可移植为各种功率直流有刷驱动电机节点型磁钉导航AGV。该电控板也可修改为二维码导航，直流无刷驱动电机等AGV，而不需要修改主控电路。

主控程序具有很强的可移植性，主要依赖于AGV行业控制程序的共通性，方便未来开发高负荷移动AGV。

控制算法：里程计解算（姿态，角速度，线速度），磁钉定位校准，模糊PID，滑膜控制。

2.    
AGV车体工业设计

建议AGV车体设计参照模块化思想，可以用于装配不同的移栽结构。

1)        
移栽结构设计工作

最好考虑移栽双向性，即双向灵活卸货，结构量轻简洁，模块化装配。

2)        
RFID标签注意事项

RFID电子标签可以设置在车底盘偏前，这样利于提前降速定点停车的稳定性。

当前选择的磁钉和RFID标签都在清单中列出。当前RFID标签的读卡速度较慢，使得AGV速度限制在2m/s。

建议选择IC卡，这种卡的读卡速度较快，能达到2m/s以上。

 

3)        
万向轮设置问题

当前万向轮设置在车体中心线上，前后各一个，存在压到磁钉或电子标签的问题，影响RFID读取稳定性，车体行走稳定性，限制速度的提升。

设置4个万向轮，前后各两个，左右对称，避免万向轮与磁钉或电子标签接触，有利于AGV姿态的稳定及速度的提升。

3.    
仓库货架机器人

通过观察物流行业动态，货架载重机器人需求很大，市场很好，能研发出一台货架机器人，掌握机器人核心控制和生产技术，因为物流搬运机器人控制技术是通的，只是更换一种应用形式而已。

1)        
研发路线

借鉴低载重AGV研发经验，建议货架机器人研发路线为，方案制定、车体结构设计（机械、功能面面俱到、可参考其他厂家）、电控设计（融合机械功能）、程序算法开发调试、AGV工业设计。

经验证明以上研发路线是最合理的，最少走弯路的，最节省时间的，最少麻烦的，产品最快成型成熟的。

另外，借鉴同行经验，车体结构设计建议采用无刷直流电机，工作电压36V或48V，功率根据负载来计算。

关于导航方式，建议开发两种配置供市场选择，一种是二维码导航，一种是磁钉、RFID地标组合导航。

前一种地面较为整洁，市场上接触过的所有都是采用这种方式，智能二维码传感器功能很强，上手开发较为简单，但二维码容易受污染，二维码传感器成本高昂。市场竞争力在于谁做的更稳、更快、更便捷，然后更便宜。

后一种成本低，适用于1.5m/s以下速度的机器人，这一种方案，目前在市场上没见过，且磁钉传感器自主研发，量产在成本上肯定有竞争优势，新美星有过此种导航方式经验，开发有经验技术可复制。

2)        
团队建设管理

研发团队建设，要有嵌入式系统工程师角色（硬软件技术啥都成熟），机械工程师角色。

有团队研发目标、团队中有个人研发目标，要有一个人对团队目标负责并接受奖惩，要有合理的研发团队管理、绩效考核、激励、淘汰制度。让人才能通过奖惩激励更直观的看到自己工作的质量，成果收益，能推动并维持人才的工作努力程度和创新热情。

物流机器人属于复杂的嵌入式技术产品，需要研发人员超乎寻常的努力、富有热情的创新研发工作、自愿绞尽脑汁想办法解决问题，才能更好更快的将产品做强。