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1、童峰等:一种用于自动导引车(AGV)的超声波导航系统①一种用于自动导引车(AGV)的超声波导航系统童峰②许天增3许鹭芬3(东南大学无线电工程系南京210096)(3厦门大学海洋学系厦门361005)摘要设计了一种用于自动导引车(AGV)的超声波导航系统,介绍了系统的工作原理及结构,并进行了各项导航功能的样车实验。实验数据表明:系统可适应AGV的工作特点,可用于CIMS中固定及自由路径模式的AGV。关键词CIMS,自动导引车,导航,超声波测距导航。测量AGV位置的原理为(以基本的2D情况0引言考虑):如图1
2、中以AB中点O作为系统的坐标原点,在A、B点设置超声波接收信标,在机器人C上计算机集成制造系统(CIMS)的广泛应用是现设置发射信标,用三点法(trilaration)进行位置测量。代化工业生产一个迅猛的发展趋势。CIMS中物流可得坐标:22系统的自动导引车(AGV)是CIMS工程中的重要组DCB-DCAyC=成部分。因此,各国进行了大量的研究并已有多种4LAGV产品在CIMS中投入了应用[1,2]。2222DCA+CCB-2L-2yCxC=±导航就是实时确定运动平台(导弹、飞机、轮船、2人造卫星、机器人
3、等)的方位并引导其沿正确路线、其中xC的正负模糊可以由信标设置时与AGV的相方向运动及工作。用于CIMS自动物流系统的对位置来消除。AGV,在工作上与通用机器人相比有不同的特点,如工作于室内结构环境、需进行频繁的工作站停靠、停靠时需高精度定位及车体定向以适应机械接口要求等。因此,AGV的导航系统也必须适应其工作特点。现有的AGV导航方法中应用最广泛的电磁导航(当前90%的AGV采用)的缺点就是无法进行停靠时的定位、定向,需依靠另外的辅助手段进行。超声波探测具有安装使用方便、成本低、抗电磁干扰能力强、不受光
4、线烟雾影响、时间信息直观等特[3,4]点。本文介绍了在863项目“超声地形障碍检测[3]系统”中高精度超声波测距研究的基础上开发的一种可完成AGV各项导航功能图1系统方位测量原理[5]的超声波导航系统。进行工作站停靠对AGV车体进行角度测量与1系统导航原理跟踪时,采用工作站上的信标A’、B’、先分别测出车体水平线上两点E(xE,yE)和D(xD,yD)的位置,然作者采取的导航方式是信标后在信标A’、B’构建的坐标系中计算直线段DE的①863计划(86325122102217)资助项目。②1973生,博士;
5、研究方向:超声波传感系统,水下声通讯、声信号处理;联系人。(收稿日期:2001204202)—47—高技术通讯2002.08斜率即可得车体与停靠工作站间的角度α:能。yD-yE作者采用渡越时间原理(TOF),用发射2接收模arctgα=xD-xE式进行超声测距。发射2接收模式下超声信号只需由于车体测向时AGV是处于工作站停靠模式,单程传输,不经过反射,因而工作的稳定性好,测距此时已先把AGV定位于工作站的中心轴上,这样就范围大。可以保证车体测向的最终准确性,从而实现AGV与[6]根据信号理论,相关处理方法
6、是窄带噪声背工作站机械对接,完成工件、货物的装卸工作。景中窄带信号时延估计的最大似然处理方法。它具有抗噪声性能好,时延估计精度高的优点,也是确知2高精度超声波测距处理方法信号条件下的最佳或准最佳接收机相关法。为了提由系统的方位测量原理可知,车体角度测量和高测距精度及抗干扰性能,作者采用相关法进行距方位测量的精度都取决于超声波距离测量。因此,离测量(见图2)。超声波距离测量的精度直接影响系统的导航精度性图2相关测距系统接收机框图相关法对接收信号和标准信号进行相关处理,介超声换能器(如系统采用的T/R4021
7、6系列)存在取相关峰出现时刻为TOF时刻。这里作者采用的带宽窄(3dB带宽3kHz)的问题,造成相关峰不尖锐,标准波形是预先存贮的在一固定距离处的接收波严重限制了相关法测距的精度。为此,作者采用一形,因此实际上属于脉间相关。个用LMS算法训练好的FIR横向滤波器进行换能在发射功率一定因而信噪比一定的情况下,相[7]器的均衡处理,如图3所示。这可较好地扩展系关法的测距精度取决于系统带宽。而常用的通用气统带宽,达到了提高测距精度的目的。图3换能器均衡前(A)和均衡后(B)的测距信号接收波形经500KspsA/
8、D采集,均衡、相关处理后的实时超声测距精度在3m内可达到1mm。系统采用带缓3换能器反射器及同步信号设计存的PC打印机接口,全部数字处理可在PC或DSP内完成,便于移植到机器人的处理器系统中。作者采用的是T/R40216通用气介超声换能器。为了补偿由于温度引起的测距误差,系统采用该换能器的指向性较强,-6dB角为25°,这影响到了温度实时校正的措施。导航应用时自由路径工作模式AGV的工作区域的—48—童峰等:一种用于自动导引车
