AGV磁導航方案介紹(推薦我們的控制器)

文章是一篇老文章,關於傳感器行業的介紹已經不太準確,是2020年初寫的,可以參考一下。

技術的變化日新月異,行業的改變來源於基礎技術的升級換代(不探討模式的革命性創新)。目前激光SLAM技術已經毫無意外的升級為市場主流技術,隨著3D-Lidar的成熟、低成本化(Livox 360價格已經來到3999),3D SLAM很快會替代2D。3DLiadr 對國內廠商(Lidar廠商)也是一個考驗,比2D Lidar難瞭不少(當然固態激光等技術更新也會好很多,如果純機械結構對工藝、良率都是很大的考驗)。目前看得見的時間內VSLAM成熟落地(非輔助)還沒有看到。誰知道,ChatGap我們也是剛剛才知道,用戶在2個月內就突破瞭一個億,也許新的技術就要破土也說不定。

以下是老文章,可以參考一下:

曼普拉斯 AGV 磁條導航方案

無人搬運車(Automated Guided Vehicle,簡稱 AGV),指裝備有電磁或光學等自動導引裝置,能夠沿規定的導引路徑行駛,具有安全保護以及各種移載功能的運輸車,工業應用中不需駕駛員的搬運車。

從 1953 年第一臺 AGV 誕生以來, AGV 已具備 60 多年的歷史。結合國內 AGV 技術的發展,基本可以分為兩種模式: 1.以歐美國際為代表的全自動 AGV 技術,追求 AGV 的自動化,幾乎不需要人工的幹預,路徑規劃&生產流程復雜多變,可以運用在幾乎所有的搬運場合; 2.以日本為代表的簡易型 AGV 技術(或稱其為 AGC),該類產品追求簡單實用,應用在單一的路徑和固定的流程,隻進行簡單的搬運,並不強調自動裝卸功能,導航方式也是盡可能采用低成本。

AGV 有很多種導航方式,主要有四種導航方式:磁條導航、色帶導航、二維碼導航、激光導航等。其中磁條導航最為常見,因為 AGV 的整個行駛路徑都有磁條提供連續的導航信息,所以使用簡單、安全性高。缺點是磁條因被碾軋或腐蝕而損壞,需要經常維護。色帶導航與磁條導航有類似的優點,但是和二維碼導航一樣都屬於視覺類導航,對應用環境有較高要求。需要始終保持色帶和二維碼清晰、整潔,所以也不易維護。激光導航通過激光雷達探測地形的方式獲取整個工作環境的地圖,可以自主規劃路線,有較高的靈活性和易維護性。但是成本較高,技術難度大。

縱觀目前 AGV 的應用市場,雖然發展趨勢傾向於激光導航、視覺自然導航,但因為算法、傳感器等各種原因,無論在成本方面還是在成熟度方面都還需要一定的時間去過渡,所以針對市場普通的應用或者說70%左右的市場還是以磁條導航 AGV 為主。 市場上老一代磁導航傳感器以點陣輸出,其控制器的控制算法也就依據點陣來進行計算。為瞭簡化磁導航控制程序並提高其穩定性,曼普拉斯傳感科技針對磁導航 AGV市場推出瞭不同精度的第二代磁導航傳感器(±1mm 和±5mm) ,其輸出方式、輸出數據定義和傳統傳感器有很大的區別, 深受廣大工程師歡迎! 並被工程師逐步替換點陣的傳感器。 下面將針對曼普拉斯傳感科技磁導航傳感器的導航控制做一些介紹,並和傳統的磁傳感器進行對比,方便大傢瞭解各自的特點和應用。

曼普拉斯傳感科技針對磁導航 AGV 推出瞭 MPMGS20X-F01 (±1mm 精度)和 MPMGS20X-F05 (±5mm)兩個系列的磁導航傳感器。

如上圖所示: 傳感器輸出數據為“磁傳感器中心相對磁條中心的偏移距離”,如果兩個中心重合則輸出 0,不重合則為磁傳感器中心相對磁條中心(作為參考值, 為 0 基準點)的偏移量,左右分別用正負表示。 數據輸出支持(可配置) RS232RS485(Modbus)CAN(CANOpen 和自定義),在主控器為 PLC 時可以大大節省硬件資源(通常 PLC 一通道 RS485 或者 CAN 可能會增加 1000 元以上的成本)。

磁條 AGV 通常有差速控制、單舵輪、雙舵輪等多種方式。 下面我們以差速控制為例,介紹以曼普拉斯磁導航傳感器做導航的 AGV 基本控制思路。

所謂差速控制,是指根據傳感器偏離磁條中心的距離 D,送入 PID 控制器,得到左右輪差速的控制過程。

假定差速運動控制的子程序為 Ve = MotionControl(V, D, Kp, Ki, Kd)。

⚫ V – AGV 小車的運行速度。

Ve

– 左右輪差速。

⚫ D – 磁導航傳感器對中心的偏離度。

Kp, Ki, Kd – PID 傳感器的參數設置。 Kp 參數為比例系數,目的是利用傳感器的反饋消除系統偏差, Ki 目的是為瞭消除系統穩態誤差, Kd 的目的是為瞭消除延遲。 在調試參數時,應先對 Kp 進行調整,從較小值逐漸增大,以恰好不產生超調為標準。如果僅僅用 Kp 參數便可以達到較好的控制效果,其餘兩個參數可以設置為 0。一般而言,系統剛性強(傳感器靈敏且執行機構響應度高) 時, Kp 在較低的參數值即可達到較好的控制效果,提高 Kp 到較大值時,也不易產生超調。 因此,我們建議客戶調整電機控制器到較高的響應度,同時使用更加靈敏的傳感器,以便達到更好的控制效果。曼普拉斯傳感器,對於每 1mm的位置變化,都能精確且靈敏捕捉,更加有利於用戶獲取良好的控制效果。

獲取到左右輪差速後,便可以輕松獲取左右輪的速度:

V 左 = V + Ve, V 右 = V + Ve

工程師反饋,采用傳統點陣磁導航傳感器, 在 AGV 控制系統的劣勢, 如下:

1. 占資源, 不靈活: 傳感器隻提供 I/0 輸出,無論對 PLC 還是 MCU 主控系統而言,都需要很多的硬件 I/O 資源,如果在不同的項目中更換瞭主控制器,不僅需要考慮硬件資源是否足夠,還需要對程序 I/O 接口部分重新修改(不同主控制器 I/O 不太一致),不能做到程序直接快速移植

2. 需要根據傳感器輸出的點陣結果,自行計算傳感器和磁條的相對位置。

⚫ 其一:這個計算需要經過大量測試驗證,才能確認其準確性和穩定性,增加瞭風險(曼普拉斯傳感器直接輸出偏移距離,是經過反復測試和驗證的);

⚫ 其二:不同的工程師計算可能有不同的表達方式,也就是不同標準,不同企業或者同一企業不同工程師(除非公司統一規定標準) , 在不同項目中可能會給程序可移植性帶來問題

3. 傳統的點陣磁導航傳感器,其輸出是根據對每個點位的傳感器檢測道的磁場大小進行判斷,從而輸出 1 或者 0,即當某點檢測到的磁場強度大於等於設定閾值,則為 1,小於閾值則為 0。 那麼在實際應用中,因為磁條的長時間使用,導致磁場弱化(或者其他原因導致整個磁場強度增加),那就可能出現傳感器檢測不到磁條或者磁條紊亂的現象。

曼普拉斯的磁導航傳感器的優勢:

1. 曼普拉斯傳感器通過通訊直接輸出偏移距離值, 技術員工直接使用。

2. 曼普拉斯通訊口豐富: RS232/RS485/CAN

3. 會根據整個磁場強度、單個傳感器檢測的磁場強度,進行自適應調整,從而避免磁場弱化或者磁場在外界幹擾下整體增加(除非磁場強度小於或者大於傳感器芯片的檢測范圍)。綜上所述,以上為直接輸出偏移距離的磁導航傳感器在 AGV 磁導航應用中的一些介紹,相比較傳統的點陣磁導航傳感器,無論在 AGV 控制程序上,還是在主控制器硬件資源方面都有很大優勢。同時曼普拉斯傳感科技針對不同應用推出瞭不同導航精度的傳感器, 如高精度±1mm,普通±5mm 的傳感器, 特別在重載、停車或者行駛精度要求高的 AGV 可以直接采用±1mm 的 MPMGS200-F01;普通磁導航 AGV 可以采用±5mm精度的 MPMGS200-F05。同時,針對戶外 AGV,我們也推出瞭 IP67 防水等級的 MPMGS200-F01P,可應用在-30° C 的低溫環境中。後續我們還將持續推出 MPMGS201 系列的磁導航傳感器, 增加瞭特殊功能,其結構也獨特新穎,可應用 AGV 以外的特種車輛。

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