基于电涡流效应的AGV导引传感器设计

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所属分类:AGV设计资料
摘要

设计了一种基于电涡流效应的自动导引车(AGV)导引传感器。该传感器利用电涡流原理,根据电感/数字转换器LDC1000采集外接线圈上的等效电阻的变化,得到传感器中心与金属胶带中心之间的偏移距离。详细介绍了系统硬件构成。在室内工作区域内铺设轨道上,对所提出的AGV导引传感器进行了实验测试,通过对实验数据分布特性图的分析结果证实了所设计传感器的可用性。所设计的传感器可用于AGV的导引,且具有高精度,易构建,易维护等特点。

0 引 言

随着制造业现代化程度的提升,传统物流行业得到了 迅猛的发展,自动导引车( automated guided vehicle, AGV) 已 在现代物流业、制造业及其他各种行业中得到广泛应用。 根据美国物料搬运协会( America Material Handling Association) 的定义, AGV 是一种以充电电池为动力,自动导引的 无人驾驶自动化车辆,它能在计算机的监控下,按路径规划 和作业要求,精确行走并停靠到指定的地点,完成一系列的 作业任务,如取货、送货、充电等[1]。

通常 AGV 需要按照既定的路径行驶,因此,其导航技 术是 AGV 的关键技术之一。当前, AGV 导航技术主要有 电磁引导技术、激光引导技术和视觉引导技术等。如电磁 引导技术将通电引线铺设于地面之下构成导引轨道, AGV 通过检测引导线所发出的电磁信号来检测路径并行进。其 特点为:受外界干扰小,性能稳定可靠,但如对轨道进行临 时性调整,实施困难。磁导引技术以磁条作为导引轨道,安装灵活,调整方便,通用性好。但长期使用,磁条磁性下降, 同时易受外界干扰造成读取数值不稳定[2, 3] 。激光引导技 术通过检测外界反射板的反射光,通过计算来实现自身的 定位和导航。引导精度高,行驶路径灵活。缺点是设备成 本高,适用于中大型 AGV 车上[4]。视觉导引可靠性强,安 全性好,智能化的记忆识别能力更完善,但技术复杂,无法 应用于复杂环境中[5]。

本文针对上述导引方式存在的问题,提出了一种基于 电涡流效应的 AGV 导引传感器。该传感器能够对采用金 属胶带构成的导引轨道进行检测并实现 AGV 的导航,其基 本原理为:通过对铺设好的金属胶带轨道表面的电涡流效 应损耗的检测计算得到 AGV 与金属轨道的横向偏差距离, 进而实现 AGV 导引。该导引方式具有成本低廉、非接触 、 环境适应性强,易维护和易构建工作区域的特点。

1 基于电涡流效应的路径检测原理

电涡流效应的原理:由固定在框架上的线圈与一电并联,构成并联谐振电路。线圈通入交流电产生交变磁场, 置入该磁场的导体表面会产生电涡流效应,其等效模型如 图1( a) 所示。根据楞次定律,电涡流会产生与原磁场相反 的磁场 e,从而减弱原磁场 e。从能量的角度来看,电涡 流上的能量损耗,导致线圈上的 Q 值、等效电阻和等效电感 发生改变[6]。

应用谐振线圈对路径检测时,当线圈覆盖金属路径的 面积发生改变,金属路径表面产生的感应电动势发生改变, 电涡流强度也随之发生变化。电涡流激发自身的磁场与传 感器的磁场耦合,产生互感现象。此物理现象可以用互感 模型进行建模并分析,其电路模型如图 1( b) 所示。当发生 电涡流现象时,互感将导致谐振线圈回路的等效阻抗发生 改变。具体分析如下:

基于电涡流效应的AGV导引传感器设计

电涡流等效模型和电路模型


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