AGV控制系統(tǒng)研究

夏田，劉曄，蔣曉陽

(1.陜西科技大學機電工程學院，陜西西安 710021;2.中國兵器工業(yè)第二0二研究所，陜西咸陽 712000)

AGV控制系統(tǒng)研究

夏田1，劉曄1，蔣曉陽2

(1.陜西科技大學機電工程學院，陜西西安 710021;2.中國兵器工業(yè)第二0二研究所，陜西咸陽 712000)

以固高科技有限公司的GE-40-SV運動控制器作為AGV運動控制核心，采用BG1Z型增量式編碼器采集電機轉速及方向，利用PC作為公共平臺，以VC++6.0作為軟件開發(fā)工具，建立了AGV的控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)AGV直行、轉彎、自轉及調速等基本運動功能。

AGV;運動控制器;編碼器

自動引導小車 (Automated Guided Vehicle，AGV)是柔性制造系統(tǒng)、現(xiàn)代倉儲等自動化生產中不可或缺的物流設備，對AGV的控制研究對先進制造系統(tǒng)的發(fā)展有著重要的價值。

文中利用深圳固高科技有限公司 (以下簡稱:固高科技)的GE-400-SV運動控制卡［1］，建立了實現(xiàn)AGV基本運動功能的控制系統(tǒng)。

1 AGV車身結構

AGV車身由步進電機、驅動輪、自由輪及車載電源等組成，如圖1所示。

圖1 AGV車身部分的構成

AGV為四輪結構，中間兩輪作為驅動輪、前后輪作為自由輪。AGV采用兩輪獨立驅動，轉向方式利用兩輪電機差速轉向。

采用步進電機單獨驅動，由車載控制系統(tǒng)控制步進電機，通過減速機帶動兩驅動輪，實現(xiàn)兩輪的差速驅動［2］。

2 AGV控制系統(tǒng)硬件

AGV運動控制采用“PC+運動控制器+步進電機”的模式來實現(xiàn)的，如圖2所示。

圖2 AGV驅動輪控制系統(tǒng)框圖

如圖3所示，AGV硬件系統(tǒng)主要由CCD傳感器、圖像采集卡、PC、路面標識符等組成。采用固高科技的GE-400-SV運動控制器［1］作為AGV運動控制核心，以PC作為公共平臺，建立AGV控制的硬件平臺。

運用該運動控制卡提供的S-曲線加減速模式［3］來控制軸的運動;選用WindowsCE嵌入式操作系統(tǒng)(固高科技的W_ce3.0版本)。將增量式光電編碼器與運動控制卡連接應用，把編碼器檢測得到的信息反饋給控制卡。

圖3 AGV控制系統(tǒng)硬件結構

AGV控制系統(tǒng)用PC作為公共平臺，在PC中嵌入GE-400-SV運動控制器，從而實現(xiàn)控制器對驅動電機的直接控制。

運動控制器的接口分配方面，POWER為電源接口;兩個驅動電機分別由 AXIS1和AXIS2控制;EXT10是高速IO擴展接口，可以在其上外接端子板來實現(xiàn)各種輸入輸出的需要;ANALOG作為模擬量輸入輸出接口，直接與速度、方向以及超聲波傳感器連接作為速度、方向以及避障傳感器;顯示設備與VGA接口連接，可顯示AGV的運動狀態(tài)，從而實現(xiàn)人機交互的功能;AGV外部的信息交換由主LAN接口實現(xiàn)。

3 AGV控制系統(tǒng)軟件

以WindowsCE操作系統(tǒng)作為軟件開發(fā)平臺，利用VC++作為軟件開發(fā)工具。AGV控制軟件主要包括手動和自動兩個功能部分。手動主要是實現(xiàn)AGV的現(xiàn)場調試及在出現(xiàn)故障時候的處理。自動則是在AGV自身及周圍環(huán)境條件滿足的情況下，根據工作現(xiàn)場的數字化地圖和上位管理計算機發(fā)出的任務指令統(tǒng)籌調度車輛，實現(xiàn)任務車輛的指定軌跡行走，準確、高效地完成預定作業(yè)任務，控制相關設備并及時進行自充電。

為了實現(xiàn)程序的可移植性，同時提高系統(tǒng)的應用性，對AGV控制軟件進行了模塊化設計，并分為多層結構，主程序實現(xiàn)整個系統(tǒng)的協(xié)調控制，子程序負責實現(xiàn)路徑規(guī)劃、狀態(tài)判斷等控制。如圖4所示。

圖4 AGV控制系統(tǒng)軟件結構圖

3.1 控制軟件的實現(xiàn)方式

采用的是基于X86構架的普通PC機，安裝的操作系統(tǒng)為WindowsCE，W_ce3.0版本;運動控制卡為固高系列運動控制卡，型號為GE-400-SV;運動控制卡直接插到PC機的卡槽，通過PC機中的控制系統(tǒng)軟件調用運動控制卡的相關命令實現(xiàn)對AGV的控制。

AGV控制軟件采用面向對象的Visual C++6.0作為軟件編程環(huán)境［4］，通過GE-400-SV運動控制器提供的驅動程序如GT400.h、GT400.lib、GT400.dll等，結合AGV自動導航、行走通信等實現(xiàn)控制軟件部分［5］。

3.2 人機交互界面

人機界面是用戶與系統(tǒng)交互的窗口，用戶可以通過較為直觀的圖形界面獲取系統(tǒng)信息，從而完成對AGV狀態(tài)的監(jiān)測、控制以及各種參數的合理配置等。

(1)AGV人機交互主界面

AGV人機交互主界面如圖5所示。在此界面主要是完成軟件功能模塊的選擇，主要功能模塊為交通管理模塊和AGV控制模塊。

圖5 AGV人機交互主界面

(2)AGV運動控制模塊

AGV運動控制模塊涵蓋了AGV的所有功能指令，包括AGV的前進、后退及左、右轉彎指令，自動/停止指令，AGV參數的設置，路徑參數的相關設置以及通信設置等，AGV控制模塊的界面見圖6。

圖6 AGV運動控制界面

進入AGV控制模塊后，首先判斷是選擇手動或是自動模式:若選擇手動模式，則AGV按照手動命令運行，此時為點動模式;若選擇自動模式，則AGV進入視頻采集與顯示模塊，判斷AGV位置，若在可識別導引位置，則AGV正常朝著目標位置運行;若在可識別導引盲區(qū)，AGV不動且報警燈閃爍。另外，AGV車體本身判斷正常后，在起步前還需要判斷要前進的一定車距內的障礙物是否存在。如果檢測到障礙物，AGV立即停車并報警;如果沒有障礙物，對所采集到的圖像進行處理，判別AGV具體位置，通過AGV當前位置信息對AGV進行導引，并進行調速控制。

(3)交通管理模塊

交通管理模塊，除了具有一般意義上的交通管理功能外，還包括車輛運行環(huán)境信息的錄入、具體是哪些AGV或哪個AGV運行、目的地的選擇及選用哪一種行進模式等。交通管理模塊的界面如7所示。

圖7 交通管理模塊界面

4 結論

以固高科技GE-40-SV運動控制器作為AGV運動控制核心，采用BG1Z型增量式編碼器采集電機轉速及方向，利用PC作為公共平臺，以VC++6.0作為軟件開發(fā)工具，建立了AGV的控制系統(tǒng)，結構簡單、體積小、功耗低、產品易升級更新。

［1］Jung H-Kyun，Hong Suk_Kyo，Choi Hyoun-Chul，et al.Path Planning and Obstacle Avoidance of Robot Using New Wall-Following Algorithm［C］//Proc Asian Control Conf，Shanghai，2000:1628 －1633.

［2］ SIEGWART Roland，NOURBAKHSH Illah Reza，SCARAMUZZA Davide.Introduction to Autonomous Mobile Robots［M］.The Massachsetts Institute of Technology Press，2009:32－34.

［3］CHOW W M.Development of an Automated Storage and Retrieval System for Manufacturing Assembly Lines［C］//IEEE International Conference on Robotics and Automation.Proceedings，1986:490 －495.

［4］周鳴揚.Visual C++界面編程技術［M］.北京:北京希望電子出版社，2008.

［5］王礴.GUC-GE400SV運動控制器編程手冊:CPAC版本［M］，2009.

Research of AGV Control System

XIA Tian1，LIU Ye1，JIANG Xiaoyang2
(1.Institute of Electrical and Mechanical Engineering，Shaanxi University of Science and Technology，Xi'an Shaanxi710021，China;2.Institute No.202 of China Arms Industry Goup Corporation，Xianyang Shaanxi712000，China)

Using GE-400-SV motion controller of Googol-tech Co.，Ltd.，asmotion control core，BG1Z incremental encoder to collect speed and direction signals，PC as the public platform，and VC++6.0 as software development tools，the AGV control system was setup.Thus some basicmovement functions of AVG likemoving straight，making turns，rotating，regulating speed were realized.

AGV;Motion controller;Encoder

TP273

B

1001－3881(2014)10－169－3

10.3969/j.issn.1001 －3881.2014.10.051

2013－04－09

咸陽市科技計劃項目 (2011k08－13)

夏田 (1962—)，女，碩士，教授，研究方向為數控裝備。E－mail:517487883@qq.com。