一种基于RFID的AGV电磁导引新方式

柔性生产系统（Flexible M anufacturing Systems,FM S）已经成为降低生产成本和提高生产效率最主要的技术手段。物料配送系统（M aterial Handling System，M HS）是柔性制造系统的核心。AGV（Automated Guided Vehicle），即自动导引车，由于具有灵活的物料搬运能力和移动/可变的路径成为FM S中的关键设备。导引技术是AGV的核心技术，是实现真正的智能和完全自主移动的关键。AGV系统研究已经成为近年智能机器人技术研究的热点之一。按照导引方式分类，AGV可以分为电磁导引、激光导引和视觉导引等方式。实验和应用表明，电磁导引具有高性价比、地面平整等优点。但是路径难以更改，轨道布设繁琐也成为制约其普及的因素。本文提出的方式旨在改善该问题。

近年来，物联网概念火热，将推动物流链系统的巨大变革。其中RFID作为物联网中的核心技术，有着巨大的应用和发展前景。本文将展望AGVS（AGV系统）在未来物联网中的使用方式和优点。2典型电磁导引方式

电磁导引一般是在地面下沿预先设定的行驶路径埋设电线，当高频电流流经导线时，导线周围产生电磁场。AGV上左右对称安装两个电磁传感器，所接受电磁信号的强度差异可以反映车辆偏离路径的程度。

图1所示为典型电磁导引方式示意图。其有1~10号

一种基于RFID的AGV电磁导引新方式

徐骁，赵永康，廖超，袁清乾，葛磊

（昆明理工大学应用技术学院，云南昆明650093）

[摘要]针对传统电磁导引方式存在的缺陷，提出了双线轨道和节点RFID导向方法；进一步降低地面和系统成本，提高了路径设计及更改的灵活性;利用RFID中定位及存储关键词等方式增强了AGV自主导引能力；最后展望了新导引方式及AGVS 在物联网中的应用前景和使用方式。

[关键词]自动导引车；电磁导引；双线轨道；RFID导向；物联网

[中图分类号]F273；TP391.4[文献标识码]A[文章编号]1005-152X（2011）01-0138-04

Exploration of a RFID-based Approach to AGV Electromagnetic Guiding System

XU Xiao,ZHAO Yong-kang,LIAO Chao,YUAN Qing-qian,GE Lei

(School of Applied Technology,Kumming University of Science and Technology,Kumming650093,China)

Abstract:The dual-line path and node-guiding RFID system are proposed to counter the problems with traditional solutions.The system and ground-laying cost is further reduced while the flexibility of route design and alteration is improved.RFID technology,location and storage key words in particular,is used to improve the intelligence and self-reliance fo the AGV.Finally,the outlook of the method and the application of AGVS in IOT is given.

Keywords:automatic guided vehicle;electromagnetic guidance;dual line path;RFID-guided;IOT

图1典型电磁导引方式示意图[收稿日期]2010-11-19

[基金项目]国家大学生创新实验计划项目（081067418）

[作者简介]徐骁（1990-）,男,昆明理工大学应用技术学院学生；赵永康，男，高级工程师，研究方向：机械电子。

doi:10.3969/j.issn.1005-152X.2011.01.044

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--磁钢定位点；1、2、3、4、8、9、10号磁钢所在的环路交流频率为f1；1、2、3、5、6、7、8、9、10号磁钢所在环路交流频率为f2。AGV 在确定了路线以后，通过选择对应路线上的频率实现节点导向。通常AGV是顺时针或逆时针单向运行的。

磁钢起定位作用，小车在检测到不同磁钢时定位并执行相应任务。可以将不同位置磁钢定义为等待指令点、加速点、减速点、选频点等。

电磁制导这种方式得到了广泛的使用，但仍然存在轨道布置繁琐、路径更改困难等局限性。如果工位数量较多，则轨道设计更加复杂。

3新导引方案

为了较好地解决传统电磁导引方式存在的问题，研究中我们采用了双线轨道布设和节点RFID导向方式，并根据需求设计了AGV小车。

3.1AGV结构设计

AGV的结构采用图2所示的前轮差速驱动的形式。

图2AGV结构图

RFID读写器、电磁传感器组和霍尔元件依次按照顺序排列。AGV控制系统中含有电机控制设备，确保前轮转速一致和稳定。当电磁传感器靠近电磁导引线时，检测到的交流信号增强，反之减弱。电磁传感器组不断感应电磁信号，计算并修正AGV与电磁导引线的相对位置。

3.2双线轨道

对于选频电磁导引方式，由于每个环路上通有不同频率，通过不同频率环路交叠实现AGV路径转移。如果根据实际生产需求情况，要使用多个闭环路、多个频率实现AGV的路径转移，则不论对于AGV车身系统成本还是对于地面成本都将明显上升。双线轨道方式可以将所有工位点连接起来，路径设置可以依据实际情况灵活选择。地面只需要一台或几台同频率发生器，轨道上电磁信号强弱基本相同。单导引线的演变过程如下：

如图3所示，A到B为主干道，在A、B的两侧有C、D两个工位。通过在A、B中间拉线引出路径至C与D。如果有更多工位，在B的右侧还有E、G、F三个工位，则可以通过从B点引出新的双线轨道。最后成型图上可以看到，根据实际调度量需求和每个工位的物流范围等实际情况，轨道可以灵活设计。

由于该方式中一条轨道/路径由两根电流相反的电磁导线引导，存在电磁信号部分抵消情况。利用双导线的外侧信号导引，电磁传感器探测到的信号强度显然与信号源功率、双线之间距离以及电磁探测器的放大倍数等因素有关，在此不再赘述。实验证明该方式与普通单线引导一样有效。

根据上面的方法，设置了如图4所示路径。该路径适用于流水线生产物流系统、仓储系统、医院病房、图书馆等场所。作为具有典型意义的路径，其能够满足现代工业生产及事业单位中对AGV路径的基本需求。

图4典型双线轨道例图

该路径连接6个工位，在每个工位及节点置有RFID标签。双线轨道方式能够保持电磁制导成本低、地面整洁的特点，同时进一步降低地面费用、AGV控制系统费用并提高路径铺设的灵活性。

3.3节点RFID导向

RFID（Radio Frequency Identification）射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术，包括反向散射技术和电感耦合技术。前者用于远距离识别，后者用于近距离识别。RFID通常由RFID标签（tag）、读写器、天线、中间件及应用软件组成。在仓储与物流配送管理等领域有着广泛的应用，是目前物联网概念的核心技术之一。

研究中，在节点及工位铺设S50标签。该标签数据保存期达10年，可无限次读和近10万次写。具有8K位EEPROM。成本极低，可维护性好，便于整个系统的使用和维护。

当AGV通过电磁导引到达节点时，读写器首先读取标签

图3双线轨道演变示意图

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--中保存的位置信息。控制系统规划下一条路径并向主控机提出请求，主控机批准则继续前行，不批准则等待主控机指示。AGV在到达每一个节点时都进行下一步规划。

图5所示为AGV节点RFID导向示意图。AGV检测到减速点磁钢时减速，并准备读取RFID标签。当RFID检测到标签时，读取信息，通过一系列处理获取下一步动作信息。若下一步动作信息为转向或直行，则AGV完成规定动作并时刻比较两侧电磁感应传感器获得的信号。在转弯或直行完成后，下一个加速/减速磁钢将加速离开。

图5节点RFID导向示意图

4控制和调度系统

4.1AGV控制及定位

根据图4所示的路径图，将该方案置于轿车总装线应用背景下，其空间布局如图6所示。以x轴和y轴对整个电磁轨道俯视图做二维标识。所有标签都有一个唯一包含横纵坐标的标识号。由此，所有节点被一个标识号唯一标记，两个相邻节点标识号唯一确定一条路径。

图6轿车总装线AGV电磁轨道示意图

根据S50标签存储结构，在标签中存入本点标识号及关键字，相邻点标识号及关键字。在对转弯精度要求较高的场合或者节点处分支路径大于4条情况下，为标签中存入各点的陀螺仪角度信息，便于通过陀螺仪辅助转向。

图7S50标签存储结构及存储内容

图7右图为位于点（2,3）标签存储内容。块0中存入本点标识号及关键字ZG1（表示主干轨道1），说明（2,3）点处于主干轨道1。其它关键字如ZY表示处于转移轨道，NS3表示处于内饰3物流卸货点。坐标用于定位及规划路径，AGV通过比较不同点坐标及相对位置规划下一条路径和获取转向信息。关键字用于协助AGV判断自己所在位置和路径规划。该方式增强了AGV的自主导引能力。

4.2控制系统框架及调度流程

AGV上的控制系统框架如图8所示。

图8AGV控制系统框架

AGV控制器对几个功能模块进行控制。由于上文RFID 的引入，AGV自主导引能力增强，能够充分挖掘AGV作为自主载体的智慧导引能力。

图9AGV调度系统框架

调度系统框架图如图9所示，通过无线局域网使三台AGV与主控机数据交流。由于在节点标签中已经存有大量协助AGV自主选择路径及导向的信息。新方案的调度系统相比较传统电磁制导方式简单。对于主控机，更多关注对系统的监视和管理，直接参与制导AGV导引减少，便于系统升级及维护。调度的流程图如图10所示。

140 --（上接第102页）率。且经由快速的系统计算，能有效缩短生产计划变动调整所需时间。

(2)客户订单满足处理及顾客服务管理方面：对客户提供完整的订单制造信息，及协同各协力厂商的专业能力，提高对客户订单处理之服务满意度。

该公司的高层主管更强调，“今天信息科技IT的观念，将不仅是处理内部的信息情报，而是提供给客户信息和支持的一种接口，亦是现代企业必需要具备的一种技术，一种作生意的必备工具。”

该公司更积极将供应链管理导入的成效，扩展到企业电子商务发展。该公司更期望在今年的电子商务目标上，达成让往来前二十大客户，年底前完全通过网络交易。另外对于潜在产生的新的设计客户群，提供使用者网络上下载设计软件，IP，提供一虚拟芯片制造环境给客户。让成熟的设计概念，快速帮助客户尽速设计完成，迅速移转到真正生产在线，尽早将产品功能推出到市场上。5结论

高科技企业引入供应链管理系统，是环境变化和企业竞争的需要，但是，要保证供应链管理系统达到预期目的，为企业赢得真正的竞争优势，需要根据企业生产策略选择合适的供应链网络形态和活动倾向类型。在供应链引入后，企业需要采取合适的整合策略，才能让供应链管理系统发挥实际的效果。

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图10AGV调度系统流程图

5新方案AGVS在物联网中应用展望全自动化智能物流中心在物联网技术的推动下取得快速发展，AGV作为物流链的一个重要组成部分，渐渐发展成为具有智慧的物流终端，即更加自主和智能。AGV可以与物流系统的物联网联网运作，实现智慧物流。本文对AGV在物联网中的应用做如下展望。

首先，托盘、货箱及各种需要运输的物流物品上可以贴上RFID标签，AGV上装有反向散射型读卡器。由于每一个RFID 标签都有唯一能够识别的ID号，AGV能够将经过的各工位上物流物品ID号读取并发送至主控机。通过该方式可以对物流情况进行高效定位和管理。

其次，新方案所利用基本原理是RFID的识别定位功能和信息存储功能，这与物联网系统的基准点一致。采用新方案便于AGVS与物联网系统的集成和电子地图定位及管理，能够缩短作业时间、增大配送中心的吞吐量、降低运转费用及实现可视化管理。

由于AGV的轨道路径覆盖范围大，可以在节点标签位置使用联接温湿度等传感器的标签。当AGV经过该节点时，能够将保存在标签中的实时温湿度等信息读取出来，便于对整个生产空间进行人性化或根据生产要求管理。

相信随着物联网技术的发展和智能化技术的应用，一定能推动AGV更广阔的普及和发展。

6结束语

通过采用双线轨道和节点RFID导向两种方式，使路径设置的灵活性增加，增强了AGV调度自主性，系统调度简单。在生产线上需要更换生产产品而需要少量更改路径和调整工位时，相应引出双线轨道并增加或修改节点标签即可，系统改变小。该方案进一步降低了系统和地面成本，增大了电磁引导的适用范围。随着物联网的发展，新系统与物联网结合点将得到更好地体现。

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