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基于UWB的智能搬运小车

曾贵苓;王苹;张玉明;段争光

【摘要】在循迹、避障等基本功能的基础上,融入UWB(UltraWideband)技术以

实现智能搬运小车的高精度目标跟随,使得智能搬运小车能实现多种场景的货物搬

运.通过在车身安装2个UWB基站模块,在目标体上携带1个UWB标签模块,利用

定位算法来获取目标相对于小车的实时空间几何位置.另外,车身的磁条传感器、防

撞条、超声波传感器和RFID标签传感器用于实现小车基本功能的传感单元.综合

UWB模块获取的目标位置信息和其他传感器获取的传感信息,小车的控制器做出相

应的决策,以差速驱动的方式控制电机向目标位置移动.经过现场测试,智能小车在手

动模式、跟随模式和循迹模式下均良好运行,因此多种模式运行的智能小车能适应

多种货运场景下工作,对于工业自动化具有重要的意义.

【期刊名称】《湖北民族学院学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2019(037)002

【总页数】5页(P223-227)

【关键词】智能搬运小车;目标跟随;UWB技术;差速驱动;循迹;定位

【作者】曾贵苓;王苹;张玉明;段争光

【作者单位】芜湖职业技术学院电气工程学院,安徽芜湖241006;芜湖职业技术学

院电气工程学院,安徽芜湖241006;芜湖职业技术学院电气工程学院,安徽芜湖

241006;芜湖职业技术学院电气工程学院,安徽芜湖241006

【正文语种】中文

【中图分类】TN92

随着工业自动化的发展，智能化设备的研究越来越受人们关注.在仓储领域以及其

他需要大量货物搬运的领域，智能搬运小车凭借其具有成本低、效率高等诸多优势

成为了搬运工具的主力军[1].智能搬运小车按照导引方式不同可分为固定路径导引

小车和自由路径导引小车[2].文献[3]中利用RFID(RadioFrequency

Identification)标签和磁导航传感器导引小车运动，实现了小车系统沿固定路线循

迹[3].文献[4]利用色带铺设的道路的方式导引小车沿固定路线运动[4].虽然固定路

径导引小车可以适用于一些常见的搬运场景，但在复杂的搬运场景中，自由路径导

引小车则能更好的满足实际需求.目标牵引小车和自主路径规划小车都属于自由路

径导引小车[5].目标牵引小车需要利用空间定位技术获取目标实时的空间位置[6]，

自主路径规划小车则根据事先构建的地图来判断自身在空间中的位置，并规划一条

最优路径向作业点运行[7].

综合上述信息，为了使本系统的小车适应更多的搬运场景，本系统利用

UWB(UltraWideband)传感器、超声波传感器、磁条传感器、防撞条、串口屏和

RFID标签传感器获取多种传感信息，并以差速驱动的方式控制小车向目标位置移

动[8-9].本系统设计的小车可按固定路径导引和自由路径导引两种方式运动，可实

现多种场景下的货物搬运.

图1系统总体设计Fig.1Overallsystemdesign

图2系统的电源设计Fig.2Systempowersupplydesign

图3UWB模块电路Fig.3UWBmodulecircuit

1系统总体设计

如图1所示为系统的总体框图，主要分为小车和目标两个部分.但除了图中的小车

和目标两个部分外，该系统还包括根据应用场景需要铺设的磁条道路和指示小车运

动的标签站点[10].目标由赛普拉斯控制器和一个UWB标签模块组成，控制器通过

SPI(SerialPeripheralInterface)通信可控制UWB模块工作在标签模式.小车的目

标跟随模块由赛普拉斯控制器和两个UWB模块组成，控制器通过SPI协议控制两

个UWB模块工作在基站模式.两个UWB基站模块通过UWB通信获取UWB标签

模块与自身的距离信息，通过两路距离信息以及系统已知的参数便可计算出目标相

对于小车的空间几何位置.小车的主控制器采用STM32控制器，其通过TTL电平

的串口和赛普拉斯控制器通信，用于获取采集到的目标位置信息.STM32控制器还

通