AGV控制系統(tǒng)研究

夏田，劉曄，蔣曉陽

(1.陜西科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)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(xué)機(jī)電工程學(xué)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(yùn)動(dòng)控制器作為AGV運(yùn)動(dòng)控制核心，采用BG1Z型增量式編碼器采集電機(jī)轉(zhuǎn)速及方向，利用PC作為公共平臺(tái)，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(shí)現(xiàn)AGV直行、轉(zhuǎn)彎、自轉(zhuǎn)及調(diào)速等基本運(yùn)動(dòng)功能。

AGV;運(yùn)動(dòng)控制器;編碼器

自動(dòng)引導(dǎo)小車 (Automated Guided Vehicle，AGV)是柔性制造系統(tǒng)、現(xiàn)代倉儲(chǔ)等自動(dòng)化生產(chǎn)中不可或缺的物流設(shè)備，對AGV的控制研究對先進(jìn)制造系統(tǒng)的發(fā)展有著重要的價(jià)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(yùn)動(dòng)控制卡［1］，建立了實(shí)現(xiàn)AGV基本運(yùn)動(dòng)功能的控制系統(tǒng)。

1 AGV車身結(jié)構(gòu)

AGV車身由步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)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(gòu)成

AGV為四輪結(jié)構(gòu)，中間兩輪作為驅(qū)動(dòng)輪、前后輪作為自由輪。AGV采用兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)向方式利用兩輪電機(jī)差速轉(zhuǎn)向。

采用步進(jìn)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，由車載控制系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)，通過減速機(jī)帶動(dòng)兩驅(qū)動(dòng)輪，實(shí)現(xiàn)兩輪的差速驅(qū)動(dòng)［2］。

2 AGV控制系統(tǒng)硬件

AGV運(yùn)動(dòng)控制采用“PC+運(yùn)動(dòng)控制器+步進(jìn)電機(jī)”的模式來實(shí)現(xiàn)的，如圖2所示。

圖2 AGV驅(qū)動(dòng)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(biāo)識(shí)符等組成。采用固高科技的GE-400-SV運(yùn)動(dòng)控制器［1］作為AGV運(yùn)動(dòng)控制核心，以PC作為公共平臺(tái)，建立AGV控制的硬件平臺(tái)。

運(yùn)用該運(yùn)動(dòng)控制卡提供的S-曲線加減速模式［3］來控制軸的運(yùn)動(dòng);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(yùn)動(dòng)控制卡連接應(yīng)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(jié)構(gòu)

AGV控制系統(tǒng)用PC作為公共平臺(tái)，在PC中嵌入GE-400-SV運(yùn)動(dòng)控制器，從而實(shí)現(xiàn)控制器對驅(qū)動(dòng)電機(jī)的直接控制。

運(yùn)動(dòng)控制器的接口分配方面，POWER為電源接口;兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別由 AXIS1和AXIS2控制;EXT10是高速IO擴(kuò)展接口，可以在其上外接端子板來實(shí)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(shè)備與VGA接口連接，可顯示AGV的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的功能;AGV外部的信息交換由主LAN接口實(shí)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(tái)，利用VC++作為軟件開發(fā)工具。AGV控制軟件主要包括手動(dòng)和自動(dòng)兩個(gè)功能部分。手動(dòng)主要是實(shí)現(xiàn)AGV的現(xiàn)場調(diào)試及在出現(xiàn)故障時(shí)候的處理。自動(dòng)則是在AGV自身及周圍環(huán)境條件滿足的情況下，根據(jù)工作現(xiàn)場的數(shù)字化地圖和上位管理計(jì)算機(jī)發(fā)出的任務(wù)指令統(tǒng)籌調(diào)度車輛，實(shí)現(xiàn)任務(wù)車輛的指定軌跡行走，準(zhǔn)確、高效地完成預(yù)定作業(yè)任務(wù)，控制相關(guān)設(shè)備并及時(shí)進(jìn)行自充電。

為了實(shí)現(xiàn)程序的可移植性，同時(shí)提高系統(tǒng)的應(yīng)用性，對AGV控制軟件進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)，并分為多層結(jié)構(gòu)，主程序?qū)崿F(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，子程序負(fù)責(zé)實(shí)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(jié)構(gòu)圖

3.1 控制軟件的實(shí)現(xiàn)方式

采用的是基于X86構(gòu)架的普通PC機(jī)，安裝的操作系統(tǒng)為WindowsCE，W_ce3.0版本;運(yùn)動(dòng)控制卡為固高系列運(yùn)動(dòng)控制卡，型號(hào)為GE-400-SV;運(yùn)動(dòng)控制卡直接插到PC機(jī)的卡槽，通過PC機(jī)中的控制系統(tǒng)軟件調(diào)用運(yùn)動(dòng)控制卡的相關(guān)命令實(shí)現(xiàn)對AGV的控制。

AGV控制軟件采用面向?qū)ο蟮腣isual C++6.0作為軟件編程環(huán)境［4］，通過GE-400-SV運(yùn)動(dòng)控制器提供的驅(qū)動(dòng)程序如GT400.h、GT400.lib、GT400.dll等，結(jié)合AGV自動(dòng)導(dǎo)航、行走通信等實(shí)現(xiàn)控制軟件部分［5］。

3.2 人機(jī)交互界面

人機(jī)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(shù)的合理配置等。

(1)AGV人機(jī)交互主界面

AGV人機(jī)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(jī)交互主界面

(2)AGV運(yùn)動(dòng)控制模塊

AGV運(yùn)動(dòng)控制模塊涵蓋了AGV的所有功能指令，包括AGV的前進(jìn)、后退及左、右轉(zhuǎn)彎指令，自動(dòng)/停止指令，AGV參數(shù)的設(shè)置，路徑參數(shù)的相關(guān)設(shè)置以及通信設(shè)置等，AGV控制模塊的界面見圖6。

圖6 AGV運(yùn)動(dòng)控制界面

進(jìn)入AGV控制模塊后，首先判斷是選擇手動(dòng)或是自動(dòng)模式:若選擇手動(dòng)模式，則AGV按照手動(dòng)命令運(yùn)行，此時(shí)為點(diǎn)動(dòng)模式;若選擇自動(dòng)模式，則AGV進(jìn)入視頻采集與顯示模塊，判斷AGV位置，若在可識(shí)別導(dǎo)引位置，則AGV正常朝著目標(biāo)位置運(yùn)行;若在可識(shí)別導(dǎo)引盲區(qū)，AGV不動(dòng)且報(bào)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(jìn)的一定車距內(nèi)的障礙物是否存在。如果檢測到障礙物，AGV立即停車并報(bào)警;如果沒有障礙物，對所采集到的圖像進(jìn)行處理，判別AGV具體位置，通過AGV當(dāng)前位置信息對AGV進(jìn)行導(dǎo)引，并進(jìn)行調(diào)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(yùn)行環(huán)境信息的錄入、具體是哪些AGV或哪個(gè)AGV運(yùn)行、目的地的選擇及選用哪一種行進(jìn)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(jié)論

以固高科技GE-40-SV運(yùn)動(dòng)控制器作為AGV運(yùn)動(dòng)控制核心，采用BG1Z型增量式編碼器采集電機(jī)轉(zhuǎn)速及方向，利用PC作為公共平臺(tái)，以VC++6.0作為軟件開發(fā)工具，建立了AGV的控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、功耗低、產(chǎn)品易升級(jí)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(yáng).Visual C++界面編程技術(shù)［M］.北京:北京希望電子出版社，2008.

［5］王礴.GUC-GE400SV運(yùn)動(dòng)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(jì)劃項(xiàng)目 (2011k08－13)

夏田 (1962—)，女，碩士，教授，研究方向?yàn)閿?shù)控裝備。E－mail:517487883@qq.com。