基于激光雷达导引方式下的AGV叉车设计

尹玉梅，田东亮

（荆州理工职业学院，湖北荆州，434000）

0 引言

AGV自动导引车是指装有传感器自动导引的设备，可以按照预先设定好的路线运行，其动力源多以铅酸蓄电池或锂电池等为能量来源，在自动化物流车间内自行行驶，一般情况下，无须人员干预运行。通常采用PC设定行走地图路线或者通过铺设电磁导轨来制定其行走路线，并在设定区域内执行相关的动作。目前，AGV自动导引车的导引方式主要有磁路、激光、视觉等[1]。

本文根据某公司的实际要求，以林德某叉车为研究对象，对其进行一定升级改造，设计了一款新型自动导引叉车。该自动导引车采用激光雷达传感技术，可以适应更高的载荷要求、更为复杂和严苛的工作环境，并且可以在较复杂的工况下连续24小时工作，从而较大的提高了企业的工作效率，具有一定的社会效益。

1 硬件设计

由于自动导引叉车应用于承载较大工业环境中，所以选用抗干扰能力较强的专用控制器，自动导引叉车采用激光雷达扫描外界环境信息，根据扫描的数据，确定车辆每一时刻的位置，再根据用户制定的地图，在指定区域的内行驶，并根据指令执行相应的动作。该系统主要由数据采集模块、避障模块、人机界面、无线通讯和驱动模块几部分组成[2]，系统框架如图1所示。

图1 系统框架图

1.1 数据采集、导航模块设计

考虑到工况条件的复杂性，数据采集、导航模块选用可靠性较高的德国倍加福公司生产的R2300 3-D LiDAR传感器，该传感器基于脉冲测距技术（PRT），提供可靠的且极其精确的测量，产品同时具备高精度和响应时间短的特性。PRT技术发出极短但高能量的光脉冲，计算脉冲从发送到接收之间的持续时间，同时以光的速度为常数连续测量目标的距离。发射区和接收区之间的机械隔离意味着极高的耐污染性。3-D LiDAR传感器的每条扫描线有1000个扫描点并且最快可达50kHz的扫描速率，适用于广泛的工业自动化应用。根据现场实际情况，制作的地图如图2所示。

图2 制作地图

1.2 避障模块的设计

考虑到现场实际环境会出现无法预测的变化，并且白天和夜晚光线变化较大等多种因素的影响，为了提高自动导引叉车抗干扰和纠错能力，分别在车辆的前后左右，采用了若干个红外避障传感器进行补偿，以达到对周围环境的探测的最佳效果，从而提高了车辆运行的可靠性。

1.3 触摸屏界面设计

在AGV自动导引车上，配有触摸屏HMI，方便工作人员直接对导引车进行数据观察，以及切换至手动控制模式。触摸屏界面设计采用三菱触摸屏编程调试软件GTDesigner3，该软件可编缉多款系列触摸屏，同时可与三菱、欧姆龙、富士、松下、西门子等可编程控制器通信连接。通过软件可进行工程和画面创建、图形绘制、对象配置和设置、公共设置以及数据传输等操作。通过该软件设计的触摸屏界面如图3所示。

图3 触摸屏设计界面

1.4 行走路径的规划

根据货仓的实际位置情况，选取若干点作为行走节点，如图4所示。规划行走路径时，任一行走节点和目标站点之间尽可能保证两个对象间光顺连续，曲率尽可能做到G2连续，以确保载重自动导引车稳定行驶。

图4 行走路径规划

2 AGV承载行走测试

通过对叉车的升级改造，最终完成了以R2300 3-D LiDAR传感器导引方式下自动导引车，载重行走测试如图5所示，车辆在轻载时速度可达1.8 m/s。由于R2300每次扫描可达4000像素，实际中只要工作环境内无较大光线变化或者环境中物体变化不大的情况下，车辆的定位精度最高可达±10mm，同时在其工作的范围内，AGV自动导引车以任意的角度停留在任意位置时，均可按预先设定的程序找正方向并回到初始点。在测试过程中，发现自动导引车若是速度很快的话，货叉到达指定高度附近，会出现反复上升和下降的情况，这种上下震荡的情况，可以通过PID控制器，合理的调节P、I、D的值，最终得已解决。实践证明，升级改造后的自动导引叉车可以按照预先编写的任务程序，在指定的路径下，实现从一个点到另一个进行取放货，货叉提升高度由拉线式位移传感器定位，且提升高度可以根据需求设置。调度系统可以根据仓库和货载信息，对AGV自动导引车进行灵活调度，实现无人化生产[3]。

图5 车辆载重行走图

3 结论

本文选用倍加福 R2300多层扫描器等传感器，对某公司叉车进行了升级改造，并进行了触摸屏界面设计，最后通过设计的车载软件，实现了AGV自动导引车按给定的路径行走和货物的搬运。结合实际实验测试，结果表明，车辆可以可靠、高效地完成货物牵引工作。车辆行走灵活，系统安全可靠、调度方便，可以较好地辅助人类进行自动化生产工作，具有一定的社会意义和经济价值。