基于磁阻傳感器的agv磁路檢測與控制

基于磁阻傳感器的agv磁路檢測與控制

1自動巡檢agv,是安全從根a-av是一種帶有自動駕駛功能的自動駕駛設(shè)備，可以沿著規(guī)定的駕駛路徑行駛，安全防護和各種駕駛功能的運輸車輛。具有定位準(zhǔn)確度高、搬運費用低、安全性高、運行可靠等優(yōu)點。保證電力系統(tǒng)安全運行是輸變電部門等電力行業(yè)的首要任務(wù)。電力設(shè)施巡檢是有效保證電力系統(tǒng)安全的一項基礎(chǔ)工作。AGV攜帶相關(guān)檢測設(shè)備進行無人自動巡檢很好地滿足了事故預(yù)防、安全保障、減員增效的需求。國內(nèi)已經(jīng)有變電站設(shè)備自動巡檢裝置,主要應(yīng)用于室外變電站以代替巡視人員進行巡視檢查。目前,尚未發(fā)現(xiàn)在電纜隧道中采用AGV進行巡檢的相關(guān)報道。為了實現(xiàn)電纜隧道的自動巡檢,研制了磁導(dǎo)引AGV裝置。磁導(dǎo)引是指在運行路線上安裝磁條,AGV行駛時,依靠磁傳感器檢測磁場強度的變化,以確定當(dāng)前AGV與導(dǎo)引帶的相對位置,再由控制器糾正其位置偏差,使AGV沿預(yù)定路線行駛。試驗表明磁導(dǎo)引方式易于實現(xiàn),不受光線變化及路面污損破壞影響,且具有很高的可靠性和準(zhǔn)確度,其成本低,使用壽命長。2磁傳感器安裝位置AGV裝置采用如圖1所示前輪轉(zhuǎn)向、后輪驅(qū)動的結(jié)構(gòu)形式。導(dǎo)引帶選用長條形磁條,沿預(yù)定行駛路線鋪設(shè)成磁導(dǎo)引帶。在AGV前部兩側(cè)安裝磁傳感器組,使其在X方向上對稱處于磁導(dǎo)引帶的上方,圖中Y方向為當(dāng)前預(yù)定行駛路線方向。圖2為導(dǎo)引帶的磁場分布,磁導(dǎo)引帶的磁力線垂直于磁導(dǎo)引帶。磁傳感器靠近磁導(dǎo)引帶時,磁場強度增大,反之減小。AGV通過磁傳感器組檢測出磁導(dǎo)引帶磁場的強度和方向,從而確定當(dāng)前AGV與磁導(dǎo)引帶的相對位置,并進行相應(yīng)的控制動作,最終使AGV沿磁導(dǎo)引帶行駛。3檢測原理3.1傳感器組hmc1021磁阻傳感器選用Honeywell公司的HMC系列產(chǎn)品,該類傳感器內(nèi)部將四個半導(dǎo)體磁敏感電阻組成惠斯登電橋形式,從而將磁場信號輸入轉(zhuǎn)換為差分形式的電壓輸出。傳感器組由一片單軸(HMC1021)和一片雙軸(HMC1022)組成。其中,HMC1022測量X軸及Y軸方向磁場強度,HMC1021測量Z軸方向磁場強度,實現(xiàn)3軸(X,Y,Z)傳感。因為電橋輸出方式的共模噪聲較大,故選用共模抑制比高的集成儀用放大器。傳感器放置方式如圖3所示。3.2agv裝置水平偏移AGV裝置相對于磁導(dǎo)引帶的偏移包括水平偏移和角度偏轉(zhuǎn)兩種形式,傳感器組中心線相對于磁導(dǎo)引帶X軸的水平偏移如圖4所示。由圖2可知,水平偏移時磁力線切線方向與Y軸始終保持垂直,故無Y軸方向分量,Y軸輸出近似為0。傳感器組靠近導(dǎo)引帶時,磁力線與X軸夾角先減小至0°后逐漸增加,磁力線與Z軸夾角先增至90°后逐漸變小;遠(yuǎn)離導(dǎo)引帶時,磁力線切線方向與X軸夾角變大,與Z軸夾角減小。所以,傳感器組靠近導(dǎo)引帶時X軸輸出增長至某值后開始減少,Z軸輸出先減小直至0后,反向持續(xù)增長;遠(yuǎn)離導(dǎo)引帶時,X軸輸出減少,Z軸輸出基本不變。使AGV裝置相對于磁導(dǎo)引帶左、右兩個方向各水平偏移至10cm,可得到水平偏移與兩個傳感器組各軸輸出電壓值的對應(yīng)曲線,如圖5所示,圖中傳感器中心設(shè)定為零點,X軸正方向的偏移為正。如圖5可知,水平偏移過程中,磁傳感器組X軸變化幅度最大且在±7cm范圍內(nèi)保持了很好的單調(diào)性,Y軸輸出無變化,Z軸單調(diào)區(qū)間較小。兩傳感器組的X軸輸出僅在無偏移時大小相等,方向相反;有偏移時,大小不等,方向相反,且反向變化,即靠近導(dǎo)引帶的X軸輸出增大,遠(yuǎn)離的輸出減小。所以,選用X軸輸出值的和來計算水平偏移變化。3.3角度偏轉(zhuǎn)與y軸輸出的變化AGV相對于磁導(dǎo)引帶發(fā)生角度偏轉(zhuǎn),如圖6所示。由圖2可知,角度偏轉(zhuǎn)加大使傳感器組與磁導(dǎo)引帶之間的相對距離變短、磁場強度增強。偏轉(zhuǎn)角度加大導(dǎo)致磁力線切線方向與X軸的夾角先減小至0°后逐漸增加,與Y軸的夾角由90°逐漸變小,與Z軸的夾角先增至90°后逐漸變小。所以隨著角度偏轉(zhuǎn)加大X軸輸出增長;Y軸輸出增長;Z軸輸出先減小直至0后,反向持續(xù)增長。使AGV相對于磁導(dǎo)引帶產(chǎn)生角度偏轉(zhuǎn)(-50°至+50°),便得到角度偏轉(zhuǎn)與兩個傳感器組各軸輸出電壓值的對應(yīng)曲線,如圖7所示。圖中磁導(dǎo)引帶的導(dǎo)引方向為零度角方向,順時針方向的偏轉(zhuǎn)為正。由圖7可知,角度偏轉(zhuǎn)增加的過程中,因為只有Y軸與磁力線切線方向夾角保持單調(diào)減少,所以磁傳感器組Y軸輸出單調(diào)性好,且變化幅度最大;X軸和Z軸曲線不單調(diào)且變化幅度小。兩傳感器組Y軸輸出在無偏轉(zhuǎn)時為0;有偏移時輸出大小相等,方向相反,且同向變化,即隨著偏轉(zhuǎn)角度的增加Y軸輸出增加量相同,方向相反。所以,選用Y軸輸出值的差來計算角度偏轉(zhuǎn)變化。4定位4.1實際水平偏移的計算通過分析AGV水平偏移和角度偏轉(zhuǎn)對兩個傳感器組輸出變化的影響,形成以下公式:水平偏移計算值=K1×(Vx1+Vx2)(1)角度偏轉(zhuǎn)計算值=K2×(Vy1-Vy2)(2)式中:Vx1,Vx2——傳感器組1的X軸、Y軸電壓輸出;Vy1,Vy2——傳感器組2的X軸、Y軸電壓輸出;K1——通過對Vx1+Vx2的曲線進行直線擬合,擬合直線斜率的倒數(shù)即為K1;K2——通過對Vy1-Vy2的曲線進行直線擬合,擬合直線斜率的倒數(shù)即為K2。將AGV水平偏移時得到的兩個傳感器組的X軸、Y軸輸出電壓值按上述算法進行運算便得到實際水平偏移與計算值的對應(yīng)曲線,如圖8所示。將AGV角度偏轉(zhuǎn)時得到的兩個傳感器組的X軸、Y軸輸出電壓值按上述算法進行運算便得到角度實際偏轉(zhuǎn)與計算值的對應(yīng)曲線,如圖9所示。由圖8可知,水平偏移計算值在±5cm的范圍內(nèi)可以很好的表征實際水平偏移值,且水平偏移對角度偏轉(zhuǎn)計算值基本無影響。由圖9可知角度偏轉(zhuǎn)計算值在±25°的范圍內(nèi)可以很好的表征實際水平偏移值,且角度偏轉(zhuǎn)對水平偏移計算值的影響很小。4.3x軸輸出值與磁釘偏移計算在特定位置上,如需要停留以執(zhí)行特定功能時,在磁導(dǎo)引帶的兩側(cè)對稱放置了2個磁釘。磁釘之間的距離大于傳感器組之間的距離。磁釘磁場分布的側(cè)視圖類似于圖2磁導(dǎo)引帶的磁場分布,磁力線方向與圖2相反。其在傳感器組處的磁力線切線方向始終指向磁釘。因磁釘是對稱分布,兩個傳感器組X軸輸出值因磁釘?shù)拇嬖诙l(fā)生的變化是一對大小相近相等,方向相反的量;Y軸輸出值的變化是一對大小相近相等,方向相同的量。故按式(1)、式(2)的計算方法可以消除磁釘對偏移計算的影響。當(dāng)磁釘位于傳感器組下方的探測區(qū)域時,磁釘?shù)拇嬖谑箓鞲衅鹘MZ軸方向的輸出顯著增加,故可以通過傳感器組Z軸輸出判斷磁釘?shù)拇嬖?從而實現(xiàn)特殊位置的定位。4.4agv裝置定位檢測由水平偏移計算值和角度偏轉(zhuǎn)計算值,便可以