CN120829124B - 一种基于电磁感应原理的amhs系统防碰撞装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电磁感应原理的AMHS系统防碰撞装置及其控制方法，用于防止AMHS天车在AMHS轨道上行进过程中的发生碰撞，AMHS轨道两侧铺设有供电导轨，取电器采用滑动接触或者非接触方式从导轨获取电流，包括信号转换模块、磁芯复用模块和控制模块，信号转换模块包括谐振检测模块，谐振检测模块包括检测线圈L2和第二补偿电容C2。通过取电器直接转换供电导轨电流信号，省去传统逆变器模块，简化系统结构并降低能耗；在检测线圈中串联补偿电容，降低感量基数，使电感变化对外界磁芯移动的灵敏度提升至毫秒级，同时优化谐振回路品质因数（Q值），增强信号稳定性；电磁感应机制对粉尘、光照等环境因素不敏感，适用于高电磁兼容要求的工业场景。

Description

一种基于电磁感应原理的AMHS系统防碰撞装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及AMHS天车技术领域，具体涉及一种基于电磁感应原理的AMHS系统防碰撞装置及其控制方法。

背景技术

现有AMHS系统（自动物料搬送系统Automated Material Handling System，也称为天车系统）的防碰撞方案多采用光电传感技术（如激光、红外等），通过在轨道侧安装光带及光电传感器，由天车搭载接收器实现位置检测。此类方案虽能解决基础碰撞问题，但仍存在以下局限性。

光电传感器易受粉尘、油污或环境光影响，导致误判或失效，尤其在半导体洁净室或工业复杂环境中可靠性不足；光学元件需定期清洁校准，且多传感器布局需复杂布线，增加系统部署及运维成本；光电信号处理依赖高频控制器，易因信号传输延迟导致防碰撞响应滞后。

相比之下，基于电磁感应的防碰撞技术具有天然抗干扰特性，且无需额外供电或复杂信号处理模块。然而，现有电磁方案多依赖逆变器进行信号转换，导致系统体积庞大、功耗高，且检测线圈灵敏度不足，难以满足高速动态场景需求。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种无需逆变器模块、系统结构简单、降低能耗的基于电磁感应原理的AMHS系统防碰撞装置及其控制方法。

一种基于电磁感应原理的AMHS系统防碰撞装置，用于防止AMHS天车在AMHS轨道上行进过程中的发生碰撞，AMHS轨道两侧铺设有供电导轨，取电器采用滑动接触或者非接触方式从导轨获取电流，所述AMHS系统防碰撞装置包括信号转换模块、磁芯复用模块和控制模块，所述信号转换模块包括谐振检测模块，其中，

所述谐振检测模块包括检测线圈L2和第二补偿电容C2，所述检测线圈L2与所述第二补偿电容C2并联设置，构成并联谐振回路；所述谐振检测模块用于检测由于取电器靠近使所述并联谐振回路的谐振状态变化，从而引起的所述信号转换模块的电感变化情况；

所述信号转换模块还包括第一电感L1、第三电感L3和第一补偿电容C1，所述第一补偿电容C1、所述第一电感L1、所述第三电感L3与所述并联谐振回路串联设置，形成信号检测回路；所述信号转换模块用于通过取电器将供电导轨的电流信号转换为电压信号，并结合所述并联谐振回路实时监测所述信号检测回路的电感变化。

优选地，所述第一电感L1用于通过取电器将供电导轨的电流信号转换为电压信号U1，经过所述第一补偿电容C1补偿后为所述第三电感L3提供电压源。

优选地，所述谐振检测模块还包括灵敏度增强模块，所述灵敏度增强模块包括第三补偿电容Cp，第三补偿电容Cp串联于所述检测线圈L2的一侧；所述灵敏度增强模块用于降低感量基数，以提升电感对外界磁芯移动的灵敏度。

优选地，所述AMHS系统防碰撞装置还包括磁芯复用模块，所述磁芯复用模块包括取电器内置磁芯，所述磁芯复用模块将取电器内置磁芯用作检测线圈电感调节元件。

优选地，所述第三电感L3为取电器上的接收线圈，所述第三电感L3用于感应所述并联谐振回路的变化信号，经整流滤波后输入控制器。

优选地，所述AMHS系统防碰撞装置还包括控制模块，所述控制模块用于依据检测线圈L2的电压变化率判断是否存在碰撞风险，并在判断存在碰撞风险时向AMHS天车发送PWM降速指令，切断供电导轨，并启动报警。

以及，一种基于电磁感应原理的AMHS系统防碰撞装置的控制方法，用于通过如上所述的基于电磁感应原理的AMHS系统防碰撞装置防止AMHS天车在AMHS轨道上行进时发生碰撞，具体步骤包括：

步骤一，安装供电导轨和取电器；在AMHS轨道两侧平行布置供电导轨，取电器通过滑动接触或非接触方式从供电导轨获取电流；

步骤二，信号转换模块的电路连接；取电器输出端串联第一补偿电容C1，将导轨电流信号转换为电压信号U1；电压信号U1通过滤波电路后输入至谐振检测模块；

步骤三，配置谐振检测模块；将检测线圈L2与第二补偿电容C2构成并联谐振回路；

步骤四，优化灵敏度增强模块；在检测线圈L2的一侧串联第三补偿电容Cp，以降低感量基数；

步骤五，信号处理与控制模块联动；第三电感L3感应谐振回路的变化信号，将变化的信号经整流滤波后输入控制模块；

步骤六，控制模块对变化的信号进行模数变换，当信号的变化值超过设定的阈值时，触发防碰撞指令，控制AMHS天车减速或停止。

优选地，在所述步骤三中的并联谐振回路的谐振频率计算公式如（1）式所示：

（1）；

其中，常态下，并联谐振回路处于谐振状态，阻抗最大，诱导线电流接近零；当磁芯靠近时，L2电感量变化，谐振条件被破坏，诱导线产生激励电流。

优选地，在所述步骤五中控制模块的具体步骤包括：

系统初始化；控制模块校准谐振参数，同步AMHS天车的位置信息；

实时监测；检测线圈L2持续检测电感值的变化情况。

优选地，在所述步骤六中控制模块的具体步骤包括：

防碰撞监测；当磁芯进入预定范围内时，电压变化率超过设定的阈值，判定存在碰撞风险；

防碰撞触发；控制模块输出PWM降速指令，切断供电导轨的供电电源，并启动报警；

故障恢复：定期自检回路状态，异常时上传故障代码，支持本地/远程复位。

上述基于电磁感应原理的AMHS系统防碰撞装置及其控制方法中，通过取电器直接转换供电导轨电流信号，省去传统逆变器模块，简化系统结构并降低能耗；在检测线圈中串联补偿电容，降低感量基数，使电感变化对外界磁芯移动的灵敏度提升至毫秒级，同时优化谐振回路品质因数（Q值），增强信号稳定性；电磁感应机制对粉尘、光照等环境因素不敏感，适用于高电磁兼容要求的工业场景。本发明的电路结构简单，易于实现，成本低廉，便于推广。

附图说明

图1是本发明实施例的基于电磁感应原理的AMHS系统防碰撞装置的电路结构示意图。

图2是本发明实施例的基于电磁感应原理的AMHS系统防碰撞装置的电路结构示意图（增加第三补偿电容Cp）。

图3是本发明实施例的基于电磁感应原理的AMHS系统防碰撞装置的控制方法的流程图。

具体实施方式

本实施例以基于电磁感应原理的AMHS系统防碰撞装置及其控制方法为例，以下将结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明。

请参阅图1和图2，示出本发明实施例提供的一种基于电磁感应原理的AMHS系统防碰撞装置，用于防止AMHS天车在AMHS轨道上行进过程中的发生碰撞，AMHS轨道两侧铺设有供电导轨，取电器采用滑动接触或者非接触方式从导轨获取电流，所述AMHS系统防碰撞装置包括信号转换模块、磁芯复用模块和控制模块，所述信号转换模块包括谐振检测模块，其中，

所述谐振检测模块包括检测线圈L2和第二补偿电容C2，所述检测线圈L2与所述第二补偿电容C2并联设置，构成并联谐振回路；所述谐振检测模块用于检测由于取电器靠近使所述并联谐振回路的谐振状态变化，从而引起的所述信号转换模块的电感变化情况；

所述信号转换模块还包括第一电感L1、第三电感L3和第一补偿电容C1，所述第一补偿电容C1、所述第一电感L1、所述第三电感L3与所述并联谐振回路串联设置，形成信号检测回路；所述信号转换模块用于通过取电器将供电导轨的电流信号转换为电压信号，并结合所述并联谐振回路实时监测所述信号检测回路的电感变化。

优选地，所述第一电感L1用于通过取电器将供电导轨的电流信号转换为电压信号U1，经过所述第一补偿电容C1补偿后为所述第三电感L3提供电压源。

具体地，当所述检测线圈L2因天车靠近导致电感量变化时，破坏所述并联谐振回路的谐振状态，使所述第三电感L3内部电流增大，向外界辐射增强的磁场信号；外部天车的线圈通过感知该磁场变化，向当前天车发送碰撞预警信号。

优选地，所述谐振检测模块还包括灵敏度增强模块，所述灵敏度增强模块包括第三补偿电容Cp，第三补偿电容Cp串联于所述检测线圈L2的一侧；所述灵敏度增强模块用于降低感量基数，以提升电感对外界磁芯移动的灵敏度。

具体地，所述第三补偿电容Cp与所述检测线圈L2串联，降低了所述并联谐振回路中的感量基数，使所述灵敏度增强模块能够将响应速度提升至毫秒级。

优选地，所述AMHS系统防碰撞装置还包括磁芯复用模块，所述磁芯复用模块包括取电器内置磁芯，所述磁芯复用模块将取电器内置磁芯用作检测线圈电感调节元件。

具体地，取电器的内置磁芯兼作检测线圈电感调节元件。取电器内置磁芯通常采用铁氧体或者硅钢片，在移动至所述检测线圈L2附近时，其磁导率变化会扰动所述检测线圈L2的磁场分布，从而改变所述检测线圈L2的电感量。这种设计无需额外磁芯，当取电器（天车）运行至所述并联谐振回路的安装位置时，磁芯自动参与电感调节，实现硬件复用。

具体地，将取电器内置磁芯兼作检测线圈电感调节元件，减少了冗余部件，提高了系统集成度。

优选地，所述第三电感L3为取电器上的接收线圈，所述第三电感L3用于感应所述并联谐振回路的变化信号，经整流滤波后输入控制器。

具体地，所述第一电感L1和所述第三电感L3通过取电器的滑动接触或非接触耦合（如电磁感应）与供电导轨动态连接，所述第一电感L1用于通过取电器从供电导轨获取为电压信号U1，所述第三电感L3为取电器上的接收线圈。所述并联谐振回路固定设置于轨道关键节点（如交叉点、弯道），通过导轨与移动的第一电感L1/第三电感L3形成闭合回路，无需物理连线。

具体地，在轨道高危区域（如交汇区、缓冲区）分布式部署多个所述并联谐振回路。每个所述并联谐振回路独立工作，由供电导轨统一供电，通过导轨电流取电，检测信号经所述第三电感L3无线传输至天车控制器，实现分段式防碰撞监测。

优选地，所述AMHS系统防碰撞装置还包括控制模块，所述控制模块用于依据检测线圈L2的电压变化率判断是否存在碰撞风险，并在判断存在碰撞风险时向AMHS天车发送PWM降速指令，切断供电导轨，并启动报警。

具体地，所述控制模块具有数据处理功能、预警功能和避障功能，能够提高环境感知准确性，依据检测线圈L2的电压变化率判断存在碰撞风险时，根据风险等级发出声光报警（如，一级预警为图像提示，二级预警为声光报警+外部警示），通过控制执行设备调整设备运行路径或速度，避免碰撞，执行设备根据控制指令实施制动或其他避险操作。

以及，请参阅图3，示出一种基于电磁感应原理的AMHS系统防碰撞装置的控制方法，用于通过如上所述的基于电磁感应原理的AMHS系统防碰撞装置防止AMHS天车在AMHS轨道上行进时发生碰撞，具体步骤包括：

步骤S10，安装供电导轨和取电器；在AMHS轨道两侧平行布置供电导轨，取电器通过滑动接触或非接触方式从供电导轨获取电流。

具体地，取电器内置磁芯，材料优选为铁氧体或硅钢片，用于调节检测线圈电感。

步骤S20，信号转换模块的电路连接；取电器输出端串联第一补偿电容C1，将导轨电流信号转换为电压信号U1；电压信号U1通过滤波电路后输入至谐振检测模块。

具体地，滤波电路优选为RC低通滤波。

步骤S30，配置谐振检测模块；将检测线圈L2与第二补偿电容C2构成并联谐振回路。

具体地，所述并联谐振回路的谐振频率计算公式如（1）式所示：

（1）；

其中，常态下，并联谐振回路处于谐振状态，阻抗最大，诱导线电流接近零；当磁芯靠近时，L2电感量变化，谐振条件被破坏，诱导线产生激励电流。

步骤S40，优化灵敏度增强模块；在检测线圈L2的一侧串联第三补偿电容Cp，以降低感量基数。

具体地，在并联谐振回路中增加第三补偿电容Cp，使诱导线的电感变化对外界磁芯移动的灵敏度提升至毫秒级响应，并且通过调整第三补偿电容Cp的容值，可适配不同电磁环境下的灵敏度需求。

步骤S50，信号处理与控制模块联动；第三电感L3感应谐振回路的变化信号，将变化的信号经整流滤波后输入控制模块。

所述控制模块的操作步骤包括：

系统初始化；控制模块校准谐振参数，同步AMHS天车的位置信息；

实时监测；检测线圈L2持续检测电感值的变化情况。

步骤S60，控制模块对变化的信号进行模数变换，当信号的变化值超过设定的阈值时，触发防碰撞指令，控制AMHS天车减速或停止。

所述控制模块的操作步骤包括：

防碰撞监测；当磁芯进入预定范围内时，电压变化率超过设定的阈值，判定存在碰撞风险；

防碰撞触发；控制模块输出PWM降速指令，切断供电导轨的供电电源，并启动报警；

故障恢复：定期自检回路状态，异常时上传故障代码，支持本地/远程复位。

其中，切断供电导轨的供电电源为可选步骤。

具体地，在本实施例中，电压信号的变化阈值为：电压变化率>5V/ms。

具体地，对本实施例中的防碰撞装置进行检测，对检测线圈L2的自感变化进行仿真测试，验证了本方案的可行性：

当仅有检测线圈时，线圈长2m，宽40mm，通入10匝5A电流时，自感为103.83uh。

当检测线圈上方运动有一块长50mm的磁芯时，自感为169.96uh。

当检测线圈上方运动有一块长50mm的磁芯与通入10匝10A电流的线圈时，检测线圈自感为169.96uh，与新加入线圈互感为6.45uh，新加入线圈自感为3.6511uh。

本技术方案达到的有益效果为：

1. 信号转换与谐振检测一体化设计：通过电压信号转换简化系统结构，免除传统方案中每个取电器单独安装逆变器的需求，降低成本及功耗。

2. 磁芯复用：将取电器磁芯复用为检测线圈电感调节元件，减少冗余设计，缩减系统体积。

3. 电感灵敏度优化：在检测线圈中串联补偿电容，降低对外总体电感量基数，可使电感变化对外界磁干扰的响应速度提升至毫秒级。

4. 模块化谐振回路：通过并联谐振电路的高阻抗特性实现零静态功耗，仅在碰撞风险时激活能量传输，提升系统能效比。

本发明通过电感动态检测与磁芯复用技术，实现了动态WPT系统的高效防碰撞控制，兼具结构简化、响应灵敏和成本优势，为多设备协同供电场景提供了可靠解决方案。

上述基于电磁感应原理的AMHS系统防碰撞装置及其控制方法中，通过取电器直接转换供电导轨电流信号，省去传统逆变器模块，简化系统结构并降低能耗；在检测线圈中串联补偿电容，降低感量基数，使电感变化对外界磁芯移动的灵敏度提升至毫秒级，同时优化谐振回路品质因数（Q值），增强信号稳定性；电磁感应机制对粉尘、光照等环境因素不敏感，适用于高电磁兼容要求的工业场景。本发明的电路结构简单，易于实现，成本低廉，便于推广。

需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于电磁感应原理的AMHS系统防碰撞装置，用于防止AMHS天车在AMHS轨道上行进过程中发生碰撞，AMHS轨道两侧铺设有供电导轨，取电器采用滑动接触或者非接触方式从导轨获取电流，其特征在于，包括信号转换模块、磁芯复用模块和控制模块，所述信号转换模块包括谐振检测模块；其中，

所述谐振检测模块包括检测线圈L2和第二补偿电容C2，所述检测线圈L2与所述第二补偿电容C2并联设置，构成并联谐振回路；所述谐振检测模块用于检测由于取电器靠近使所述并联谐振回路的谐振状态变化，从而引起的所述信号转换模块的电感变化情况；

所述信号转换模块还包括第一电感L1、第三电感L3和第一补偿电容C1，所述第一补偿电容C1、所述第一电感L1、所述第三电感L3与所述并联谐振回路串联设置，形成信号检测回路；所述信号转换模块用于通过取电器将供电导轨的电流信号转换为电压信号，并结合所述并联谐振回路实时监测所述信号检测回路的电感变化；

所述第一电感L1用于通过取电器将供电导轨的电流信号转换为电压信号U1，经过所述第一补偿电容C1补偿后为所述第三电感L3提供电压源；

所述谐振检测模块还包括灵敏度增强模块，所述灵敏度增强模块包括第三补偿电容Cp，第三补偿电容Cp串联于所述检测线圈L2的一侧；所述灵敏度增强模块用于降低感量基数，以提升电感对外界磁芯移动的灵敏度；

所述磁芯复用模块包括取电器内置磁芯，所述磁芯复用模块将取电器内置磁芯用作检测线圈电感调节元件。

2.如权利要求1所述的基于电磁感应原理的AMHS系统防碰撞装置，其特征在于，所述第三电感L3为取电器上的接收线圈，所述第三电感L3用于感应所述并联谐振回路的变化信号，经整流滤波后输入控制器。

3.如权利要求1所述的基于电磁感应原理的AMHS系统防碰撞装置，其特征在于，所述控制模块用于依据检测线圈L2的电压变化率判断是否存在碰撞风险，并在判断存在碰撞风险时向AMHS天车发送PWM降速指令，切断供电导轨，并启动报警。

4.一种基于电磁感应原理的AMHS系统防碰撞装置的控制方法，用于通过如权利要求1-3任一项所述的基于电磁感应原理的AMHS系统防碰撞装置防止AMHS天车在AMHS轨道上行进时发生碰撞，其特征在于，具体步骤包括：

步骤一，安装供电导轨和取电器；在AMHS轨道两侧平行布置供电导轨，取电器通过滑动接触或非接触方式从供电导轨获取电流；

步骤二，信号转换模块的电路连接；取电器输出端串联第一补偿电容C1，将导轨电流信号转换为电压信号U1；电压信号U1通过滤波电路后输入至谐振检测模块；

步骤三，配置谐振检测模块；将检测线圈L2与第二补偿电容C2构成并联谐振回路；

步骤四，优化灵敏度增强模块；在检测线圈L2的一侧串联第三补偿电容Cp，以降低感量基数；

步骤五，信号处理与控制模块联动；第三电感L3感应谐振回路的变化信号，将变化的信号经整流滤波后输入控制模块；

步骤六，控制模块对变化的信号进行模数变换，当信号的变化值超过设定的阈值时，触发防碰撞指令，控制AMHS天车减速或停止。

5.如权利要求4所述的基于电磁感应原理的AMHS系统防碰撞装置的控制方法，其特征在于，在所述步骤三中的并联谐振回路的谐振频率计算公式如（1）式所示：

（1）；

其中，f _r为并联谐振回路的谐振频率，L₂为检测线圈的电感值，C₂为第二补偿电容的电容值；

常态下，并联谐振回路处于谐振状态，阻抗最大，诱导线电流接近零；当磁芯靠近时，L2电感量变化，谐振条件被破坏，诱导线产生激励电流。

6.如权利要求4所述的基于电磁感应原理的AMHS系统防碰撞装置的控制方法，其特征在于，在所述步骤五中控制模块的具体步骤包括：

系统初始化；控制模块校准谐振参数，同步AMHS天车的位置信息；

实时监测；检测线圈L2持续检测电感值的变化情况。

7.如权利要求4所述的基于电磁感应原理的AMHS系统防碰撞装置的控制方法，其特征在于，在所述步骤六中控制模块的具体步骤包括：

防碰撞监测；当磁芯进入预定范围内时，电压变化率超过设定的阈值，判定存在碰撞风险；

防碰撞触发；控制模块输出PWM降速指令，切断供电导轨的供电电源，并启动报警；

故障恢复：定期自检回路状态，异常时上传故障代码，支持本地/远程复位。