AGV開(kāi)放式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

田野+++賈鵬

摘 要：AGV是一種無(wú)人操作的自動(dòng)引導(dǎo)小車的英文簡(jiǎn)稱。在現(xiàn)代化倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中是較為理想的搬運(yùn)設(shè)備，在各個(gè)控制系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度下能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)運(yùn)輸、傳送的功能。文章在AGV運(yùn)動(dòng)功能以及控制特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)這種開(kāi)放式的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行的分析研究。

關(guān)鍵詞：開(kāi)放式控制系統(tǒng)；AGV；設(shè)計(jì)

自動(dòng)引導(dǎo)小車在我國(guó)的現(xiàn)階段的設(shè)計(jì)應(yīng)用尚處于起步階段，自行設(shè)計(jì)的AGV開(kāi)放式控制系統(tǒng)大多數(shù)采用PLC或者是單片機(jī)技術(shù)作為技術(shù)核心，但是此種方法在設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)周期上較長(zhǎng)而且開(kāi)放性較差。所以在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中通常借鑒國(guó)外先進(jìn)的研究方法，將數(shù)字控制理論應(yīng)用到AGV控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中來(lái)，利用數(shù)字化控制具有的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，工作可靠穩(wěn)定的特點(diǎn)，研發(fā)出支持高速、高精度并且界面友好的AGV開(kāi)放式控制系統(tǒng)。由于當(dāng)前市場(chǎng)需求復(fù)雜多變，而控制系統(tǒng)往往只具有單一的功能，未解決二者之間的矛盾，采用開(kāi)放式的控制系統(tǒng)，使得控制系統(tǒng)易變、廉價(jià)并且緊湊，對(duì)復(fù)雜的市場(chǎng)需求有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

1 AGV的運(yùn)動(dòng)分析

1.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和運(yùn)動(dòng)約束

AGV的運(yùn)動(dòng)需要推導(dǎo)出一個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)的模型，需要從小車底部進(jìn)行，首先是車輪，各個(gè)車輪對(duì)于AGV都起到支撐和控制運(yùn)動(dòng)的功能，同時(shí)也起到約束運(yùn)動(dòng)的作用。考慮到AGV底盤的幾何特點(diǎn)，底部是多個(gè)輪子連在一起的結(jié)構(gòu)，所以它們起到共同制約運(yùn)動(dòng)的作用。由于AGV是一個(gè)獨(dú)立的自動(dòng)化系統(tǒng)，所以在跟隨電子地圖的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，對(duì)周圍的環(huán)境主體有相應(yīng)的判斷能力，因此，就必須隨時(shí)將AGV的運(yùn)動(dòng)集成，這里需要引入一個(gè)位置估計(jì)。在AGV的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。在整個(gè)運(yùn)動(dòng)的分析過(guò)程中，要有相應(yīng)的位置表示，因此需要建立參考框架和局部參考框架的關(guān)系，更加方便快速的確定AGV在平面中的運(yùn)動(dòng)位置。

1.2 AGV車載控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集

AGV車載計(jì)算機(jī)是控制系統(tǒng)的核心，它通過(guò)接口和各功能模塊連結(jié)，實(shí)時(shí)監(jiān)控各功能模塊的工作狀態(tài)，對(duì)異常情況按預(yù)定方案進(jìn)行處理，保證AGV周邊設(shè)備和人員的安全。一旦計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)生故障（發(fā)出聲、光并在屏幕上顯示當(dāng)前狀態(tài)和文字提示），離線保護(hù)單元、防撞安全單元、應(yīng)急開(kāi)關(guān)將控制AGV停車或完成基本操作。系統(tǒng)具備AGV運(yùn)行跟蹤功能可通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)調(diào)度在線AGV的數(shù)量、位置、狀態(tài)等。

工控機(jī)主機(jī)采用臺(tái)灣研華品牌，內(nèi)存2G，硬盤160G，顯示器采用17寸。

系統(tǒng)具有故障信息存儲(chǔ)功能存儲(chǔ)信息（包括日期、發(fā)生時(shí)間、故障/報(bào)警內(nèi)容）保存時(shí)間為2個(gè)月。

控制系統(tǒng)的導(dǎo)線接點(diǎn)全部設(shè)置在柜和接線盒內(nèi)，無(wú)外部明顯接頭，要有明顯的安全接地裝置，外部走線具有良好的防護(hù)，各電氣元件與管路標(biāo)識(shí)明確，管（槽）內(nèi)電線預(yù)留10%備用線。

設(shè)備所有導(dǎo)線接點(diǎn)兩端均有線號(hào)標(biāo)識(shí)，線號(hào)用專用黃色標(biāo)簽打印。

2 開(kāi)放式控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

2.1 硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案

所謂開(kāi)放化的控制系統(tǒng)，它所需要的硬件不再是各個(gè)系統(tǒng)生產(chǎn)廠家能夠提供的，而是需要應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)將功能強(qiáng)大化，一般可利用PLC控制，，防止發(fā)生飛車事故，并且PLC可靠性強(qiáng)還具有良好的抗干擾性能，但是此種控制設(shè)計(jì)難度大，周期長(zhǎng)，控制器的設(shè)計(jì)難度也相當(dāng)大。所以一般用戶要求不高時(shí)采用，在用戶要求比較高的情況下通常采用運(yùn)動(dòng)控制卡作為運(yùn)動(dòng)控制單元。

2.2 開(kāi)放式控制系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)

由于開(kāi)放式控制系統(tǒng)是一種實(shí)時(shí)性的應(yīng)用軟件，在操作過(guò)程中要設(shè)計(jì)指令要求，所以不僅僅是硬件開(kāi)發(fā)，還需要基于一種軟件平臺(tái)或是操作系統(tǒng)。系統(tǒng)的軟件平臺(tái)對(duì)于整個(gè)操作系統(tǒng)的性能、技術(shù)體系都有著重要的影響。在軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)選擇方面，一般要以實(shí)時(shí)性和多任務(wù)處理能力作為選擇標(biāo)準(zhǔn)，保證運(yùn)行任務(wù)的時(shí)候能夠及時(shí)的得到響應(yīng)，并投入運(yùn)行，而且保證在多個(gè)任務(wù)并行發(fā)出時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)并行處理，同時(shí)運(yùn)行一個(gè)以上的任務(wù)。日常的操作系統(tǒng)考慮的開(kāi)放性、價(jià)格等問(wèn)題，一般選擇DOS/Windows/Linux等操作系統(tǒng)。

3 關(guān)鍵部分的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能分析及軟件總體結(jié)構(gòu)

控制軟件是一個(gè)操作系統(tǒng)的核心部位，因此其架構(gòu)需要具有科學(xué)性、合理性，這對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能有著至關(guān)重要的作用。在保證系統(tǒng)性能的前提下還要保證系統(tǒng)架構(gòu)要易于維護(hù)和擴(kuò)展。在開(kāi)發(fā)出符合系統(tǒng)軟件的前提下，進(jìn)一步對(duì)軟件的結(jié)構(gòu)、流程算法進(jìn)行優(yōu)化整理，保證系統(tǒng)高效、可靠的運(yùn)行。軟件的功能要按照對(duì)任務(wù)的實(shí)時(shí)性與否的特點(diǎn)進(jìn)行劃分，任務(wù)形式被劃分為內(nèi)核模式和用戶模式。

系統(tǒng)啟動(dòng)后，要完成數(shù)據(jù)的傳送，通過(guò)內(nèi)部的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換通訊，其目的就是將上一階段的數(shù)據(jù)處理結(jié)果存儲(chǔ)起來(lái)供下一階段使用，以便建立更個(gè)數(shù)據(jù)模塊之間的聯(lián)系。

3.2 用戶空間主要功能模塊

動(dòng)作信息的輸入、顯示、譯碼和預(yù)處理等相關(guān)聯(lián)的功能都是通過(guò)用戶空間模塊完成的。輸入AGV運(yùn)動(dòng)軌跡的相關(guān)信息和系統(tǒng)參數(shù)信息，然后顯示坐標(biāo)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、實(shí)際位置等相應(yīng)的結(jié)果數(shù)據(jù)。在文件管理方面，主要完成對(duì)系統(tǒng)中涉及到的文件進(jìn)行管理和操作，。參數(shù)設(shè)置方面，主要是為了給AGV運(yùn)動(dòng)提供一個(gè)良好直觀的界面，通過(guò)參數(shù)設(shè)置位操作者提供直觀的有關(guān)運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)信息，可以直接完成運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的記錄填寫。參數(shù)主要包括加速時(shí)間、加速度的最大值、減速時(shí)間等關(guān)于運(yùn)動(dòng)的相關(guān)變量參數(shù)。譯碼模塊主要是將上一級(jí)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析保存，方便下一步動(dòng)作的執(zhí)行。

3.3 內(nèi)核空間的主要功能模塊

內(nèi)核空間的主要模塊包括速度控制模塊、位置控制模塊和開(kāi)關(guān)量模塊。前面提到將AGV運(yùn)動(dòng)看成是一個(gè)整體，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。而現(xiàn)在要將整個(gè)運(yùn)動(dòng)動(dòng)作分解成各個(gè)小的單元，分別研究在完成整體動(dòng)作的過(guò)程中，每個(gè)單元進(jìn)行的具體工作。位置控制就是在不考慮位置檢測(cè)的前提下，對(duì)各部分的功能進(jìn)行明確化的分析。開(kāi)關(guān)量控制主要是通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)，在數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，通過(guò)這個(gè)專用的微型計(jì)算機(jī)處理器進(jìn)行控制。

4 用戶界面設(shè)計(jì)

界面設(shè)置的作用是為了給用戶提供一個(gè)良好的視覺(jué)效果。一般選擇圖形用戶界面，計(jì)算機(jī)畫(huà)面顯示窗口。圖標(biāo)等不同的圖形，通過(guò)鼠標(biāo)指示進(jìn)行選擇，方便客戶操作，盡量做到直觀、友好的人機(jī)界面。

5 結(jié)束語(yǔ)

AGV作為一種先進(jìn)的自動(dòng)設(shè)備，屬于輪式機(jī)器人的一種，在設(shè)計(jì)過(guò)程中包含機(jī)械、電子信息、電氣電子工程等多方面的學(xué)科，是人類綜合認(rèn)知的體現(xiàn)。在這方面的研究還需要很多方面的完善和處理，理論與實(shí)際相銜接的地方還應(yīng)該做到更加自然合理。期望AGV開(kāi)放式控制系統(tǒng)在日后的改進(jìn)過(guò)程中能有更好的發(fā)展前景。

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