基于無線通訊的AGV設計與實現

王國梁 薛曉茹 孫佳麗 宮政

摘? 要：AGV在現代工業自動化系統中得到了廣泛的應用和推廣，但由于移動往往不能和其它設備組網，針對這個問題運用WBOX網絡模塊設計一款無線通訊的AGV，對AGV進行了硬件設計，同時對循跡算法進行改進。經實踐表明，利用WBOX組網方式簡單快捷，方便推廣應用。

關鍵詞：無線通訊;AGV;WBOX組網;循跡算法

中圖分類號：TM73? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）04-0096-03

Abstract： AGV has been widely used and popularized in modern industrial automation system， but it is often unable to network with other devices because of mobile. To solve this problem， we use WBOX network module to design a wireless communication AGV， design the hardware of AGV， and improve the tracking algorithm. The practice shows that WBOX networking is simple and fast， and it is easy to promote and apply.

Keywords： wireless communication; AGV; WBOX networking; tracking algorithm

1 概述

自動導引車種類繁多，是工業移動機器人的典型代表，因其操作靈活、工作效率高、容易升級等優點，在現代工業自動化系統中得到了廣泛的應用和推廣[1-2]。但是由于AGV是移動的，往往不能和其它設備組網，無法實時控制，因此本文利用國內信捷公司推出的WBOX網絡模塊，設計一款無線通訊的AGV，可以進行組網建設，從而使AGV更智能化。

2 硬件設計

AGV小車一般應用于工業現場，所以選用抗干擾的PLC作為控制器，小車主要功能就是檢測外界信號，判斷行走路線并走到指定區域，所以由導航裝置、驅動模塊、無線通訊和人機界面幾部分組成，具體框圖如圖1。

2.1 導航模塊

AGV小車常用的導引方式有電磁感應、激光、磁帶感應、陀螺儀等幾種主流的導引方式[3]，而磁帶導引方式鋪設成本低，相較于其他方式便于實施，不容易受外界環境的變化所影響，如光線的變化或者路面的污損，且它的成本低廉使用壽命長可靠性高。本設計采用的是磁帶導引方式，它主要是在地上鋪設磁條，然后通過磁導引傳感器來檢測當前位置，進行數據處理，從而達到導向的功能。磁帶導引傳感器能夠檢測微弱的磁場強度，這種傳感器通常情況下分為很多點數，其中不同的點數也決定了他的精度不一樣，與此同時其點數的間隔以及響應時間等都會對其有所影響，我們采用的WRG-016型的磁帶傳感器，它可以檢測磁場的S極，具有16路開關信號，引腳定義如表1。

AGV屬于移動裝置，直流電源供電，因此選用直流無刷電機。我們選用尤奈特電機BM 1418ZXF型直流電機，它的額定功率為350W，額定轉速為2800rpm，減速比為1：6，額定電壓36V，直流電機與車輪利用鏈連接，達到傳動的目的。采用差速型控制，即利用左右兩個電機的旋轉方向和速度的差值實現AGV的左右轉、前進、后退和停止。

2.3 WBOX網絡模塊

WBOX是基于無線WIFI的數據通信模塊，支持Modbus-RTU協議，無線端提供Modbus TCP協議，可以和xc系列PLC廣泛應用于自動化系統，實現無線監控。AGV的控制器通過WBOX模塊與無線路由器建立連接，從而使得AGV與上位機進行無線局域網通信。WBOX和PLC的連接方式如圖2。

2.4 PLC選擇及I/O分配

因為傳感器是NPN輸出型，所以PLC也要選擇NPN型的輸入，而且磁帶傳感器有16個端子信號，選擇信捷XC5-32RT-C型PLC，由于需要的輸入點比較多，所以增加一個擴展模塊XC-C16X增加輸入點。

具體的I/O分配如表2。

3 軟件設計

3.1 PWM調速

AGV主要實現小車的前進，后退和轉彎，而轉彎靠速差來實現，所以調速是重點，直接選用PWM調速指令如圖3，對頻率以及占空比大小進行調節，從而實現PWM調速。

占空比數值 n的范圍為1～255，輸出頻率f的范圍是0～72KHz，PWM脈寬調制輸出的占空比=n/256×100%。

PWM脈寬調制輸出是以0.1Hz為單位的，所以S2設定頻率時，設定值是實際頻率的10倍關系（即10f）。如要設定頻率為72KHz，則S2中的設定值應為720000。X0為ON時，輸出PWM波形;X0為OFF時，停止輸出。PMW脈寬調制輸出是不同于脈沖輸出的，它的輸出不累計的。

在梯形圖中，我們可以將占空比以及頻率都設成相應的寄存器，這樣就修改寄存器的值就可調節速度，方便調試，程序如圖4所示。

3.2 無線通訊配置

連接WBOX時，PLC串口需配置成一些參數，表3所示。同時將撥碼開關S2置off，設為Modbus模式;配置完成后，由于Modbus通訊，編程直接運用通訊指令如REGW和REGR指令。

3.3 循跡算法

循跡算法設計是否合格的關鍵在于AGV機器人的運

行是否穩定，循跡路線是否與設定軌道一致。AGV正常運行時一般的當機器人在磁道正中間時磁導航傳感器剛好可以檢測到2路磁通量，當機器人發生偏轉時16路傳感器的磁通開關量可以本論文采用16路磁通開關量磁導航傳感器，共16個輸入信號，我們規定好AGV的行車線路，將1號磁通檢測開關所在位置設定為左邊，16號磁通檢測開關所在的位置設定為右邊，中間8、9磁通檢測開關所在的位置為直線行駛中間位置。AGV小車直線前進時，8、9兩個磁通檢測開關應該是始終置on的，因為磁帶有一定的寬度，而兩個引腳之間的距離只有10mm，所以將7、10兩個端子當做余量處理。一旦有7往前編號的開關量觸發，即AGV向右偏轉一定的角度。另一側則AGV向左偏轉一定的角度。根據信號值判斷偏轉角度的大小，然后調節轉速差，從而實現循跡。

但是如果只要導引磁帶與機器人有稍微的偏移，電機會立即做出調整，循跡過程中機器人的調整過快就會造成機器人沿著軌跡擺動，嚴重時出現發生劇烈的抖動。所以我們可以將1～6號端子分階段，采用模糊控制，控制左右輪，以達到穩定的效果，向右偏轉效果如左一樣。具體循跡措施如表4所示。

4 結束語

本文論文對循跡算法進行了改進，使AGV的行走更平穩，采用WBOX模塊實現了AGV的無線監控，解決傳統AGV往往只能實現點到點的功能，使AGV更加智能化，該無線組網方式簡單方便，可在更多的工控領域推廣應用。

參考文獻：

[1]劉懿鋒，張瑜潔.自動化物流系統中AGV小車系統的應用探討[J].中國設備工程，2018（16）：135-136.

[2]張辰貝西，黃志球.自動導航車（AGV）發展綜述[J].中國制造業信化，2010（01）：53-59.

[3]楊美娟.磁導航AGV機器人關鍵技術的研究及應用[D].青島科技大學，2018.