基于AGV的危險品運輸控制系統研究

鄒永立　石黃霞　竇豆

摘 要：對危險品運輸系統的控制過程進行了研究探討，提出了基于AGV的危險品運輸控制系統設計方案，采用PLC作為控制器，通過對小車和機械臂的控制，結合傳感器的準確性和靈敏性，實現危險品的檢測和搬運。

關鍵詞：危險品運輸系統；PLC；搬運

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.127

1 總體方案設計

該系統設計采用PLC（Programmable Logic Controller）為主控制器，實現對車型機器人的智能化控制。整個運輸系統可根據需求選擇24V及以上電壓為直流電機供電，采用PWM控制方式控制步進電機運行及直流電機調速。采用紅外光電傳感器實現預定軌跡信號的檢測，檢測到的信號經過PLC處理最終實現按預定軌跡運行的目的；搬運部分主要目的是控制機械手臂準確、快速夾持物品，首先需要完成對危險品的檢測，在檢測到存在危險品的基礎上，使用紅外傳感器、超聲波測距等傳感器來精確定位危險品，其次驅動機械臂運動到物品上方，最后對物品進行夾持。在完成這部分功能后，車型機器人可攜帶危險品安預定軌跡運行，實現危險品搬運的目的。如圖1所示為系統總體設計框圖。

2 循跡與搬運的整體控制

2.1 危險品檢測及精確定位

在生產實際中，特別是化學化工生產過程中，對于某些對人體不利或是有一定危險的物品，就特別需要機器人實現工業過程自動化，對于危險品搬運機器人而言，首先面臨的問題是危險品的檢測，而危險品檢測技術已相對成熟。易燃易爆品的檢測由于檢測對象比較復雜，所以傳感器的選擇和使用尤為關鍵，在整個危險品檢測中扮演著重要的角色。檢測的不同物質被檢測的物理量存在著本質上的區別。對易燃易爆品的檢測主要的檢測對象是炸藥分子印跡和酒精、汽油化學物質揮發的分子。針對這兩種物質的檢測，有專門的探測電路，通過探測電路可以準確的實現對危險品的檢測。

這里面就涉及到傳感器的使用和AD數據轉換，通過兩個模塊的有機結合將采集到的信息轉換成布爾變量，傳送給PLC控制器，實現對易燃易爆危險品的檢測。檢測存在危險品的基礎上，接下來的任務就是定位物品的位置。通常是采用紅外光電傳感器和超聲波測距傳感器，兩種傳感器檢測到的數據的綜合處理， 可將危險品的位置確定，為了實現精確的檢測，對于檢測信號有嚴格的要求。首先，必須保證對于信號進行多次重復檢測，并使用一些數學工具，進行誤差權衡即可達到一般的檢測要求。數據處理前后的對比、多傳感器數據融合、濾波電路的設計和噪聲干擾的排除、傳感器靈敏度的調試均可以提高檢測的準確性。

2.2 機械搬運設計

機械臂的設計簡圖如圖2所示，該部分首先要將危險品檢測到的信號通過PLC處理，另外還得加入其它部分的傳感器的設計。機械首先面臨的問題就是準確找到物品位置，危險品檢測部分已有明確的說明，這里不再贅述。

當檢測到有危險品之后，要解決的主要問題是對該物品的位置進行確定。本設計用到的是光電測距傳感器，在機械的夾持部分多個光電測距傳感器，通過這些光電測距傳感器的數據來定位物品，并通過PLC來驅動機械臂運動到物品位置。機械運動到物品上后，夾持物品的“手指”又通過光電對管檢測物品信號并通過PLC處理驅動機械部分夾持物品。

2.3 AGV設計

AGV（automatic guided vehicle）在本系統中同樣采用PLC控制，在紅外光電傳感器的設計時，考慮的是黑色吸收所有色光而白色反射所有色光，應用JX-359F型傳感器 該傳感器具有一只發射光線的二極管和一只可接收反射光的二極管。在運行過程中，小車沿黑色路徑行走，未偏離設定路線時，接收管無法檢測到反射光，偏離預定路線時接收管可接收到反射光，通過這一機制，就可利用傳感器得到準確的信號，再經過PLC的處理小車達到尋跡目的。路線設計時，黑色部分寬度略大于兩傳感器的距離即可。

初始運行時，在險情模塊、電壓檢測模塊、避障模塊三個預警模塊無報警信號輸出的情況下，AGV根據輸入的循跡信號進行循跡運行。

在循跡前行過程中，控制AGV沿預定路線運行，根據循線模塊JX-359F型傳感器的檢測信號，控制四個轉向電機的運行。根據傳感器布置的位置，及電機運行方向與控制端子電平關系進行程序編寫。對編寫程序具體做以下幾點說明：

由于步進電機是脈沖控制，伺服調整轉向，故當電機直行時通過程序切斷脈沖產生模塊電源，從而達到直行的目的。

轉向設計時需要考慮到故障情況即當小車已不受軌跡束縛時，需要通過程序切斷電源使小車停機。

通過調節傳感器靈敏度、直流電機轉速、步進電機控制頻率使兩部分運行達到協調一致，即可實現危險品搬運。

3 總結

傳統的AGV小車功能單一，隨著技術的迅猛發展，AGV小車應用計算機控制技術、網絡通信技術和傳感器技術，可實現自主導引、自主移載、自主定位、自主避障等功能。如今已成為物流自動化系統的重要設備和技術。AGV具有靈活性、智能化等顯著特點，達到生產過程的柔性化運輸。與傳統的人工或半人工的物料輸送方式相比，AGV系統減輕了勞動強度，降低了危險性，提高了生產效率，在各行各業均可發揮重要作用。

參考文獻：

[1]吳筱蘇.AGV的視覺引導及其控制策略研究[D].合肥工業大學，2010（01）.

[2]夢翔宇.AGV對移動目標跟蹤控制器設計[D].吉林大學，2010（05）.

基金項目：全國大學生創新創業國家級項目，項目編號201710994019

作者簡介：鄒永立（1995-），男，湖北麻城人，本科，研究方向：電氣工程及其自動化。